Mengapa Peluruhan Radioaktif Terjadi?

Peluruhan radioaktif merupakan proses spontan yang melaluinya tidak stabil inti atom pecah menjadi fragmen yang lebih kecil, lebih stabil. Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa beberapa nukleus membusuk sementara yang lain tidak?

Ini pada dasarnya masalah termodinamika. Setiap atom berusaha sekestabil mungkin. Dalam kasus peluruhan radioaktif, ketidakstabilan terjadi ketika ada ketidakseimbangan dalam jumlah proton dan neutron dalam inti atom. Pada dasarnya, ada terlalu banyak energi di dalam nukleus untuk menyatukan semua nukleon. Status dari elektron dari atom tidak masalah untuk pembusukan, meskipun mereka juga memiliki cara mereka sendiri untuk menemukan stabilitas. Jika nukleus atom tidak stabil, pada akhirnya ia akan pecah untuk kehilangan setidaknya beberapa partikel yang membuatnya tidak stabil. Inti asli disebut induk, sedangkan inti atau inti yang dihasilkan disebut anak perempuan atau anak perempuan. Anak-anak perempuan mungkin masih menjadi radioaktif, akhirnya pecah menjadi lebih banyak bagian, atau mereka mungkin stabil.

Ada tiga bentuk peluruhan radioaktif: yang mana dari inti atom ini mengalami tergantung pada sifat ketidakstabilan internal. Beberapa isotop dapat membusuk melalui lebih dari satu jalur.

Dalam peluruhan alfa, nukleus mengeluarkan partikel alfa, yang pada dasarnya adalah nukleus helium (dua proton dan dua neutron), mengurangi jumlah atom induk dengan dua dan jumlah massa oleh empat.

Dalam peluruhan beta, aliran elektron, yang disebut partikel beta, dikeluarkan dari induknya, dan neutron dalam nukleus diubah menjadi proton. Jumlah massa inti baru adalah sama, tetapi nomor atom bertambah satu.

Dalam peluruhan gamma, inti atom melepaskan energi berlebih dalam bentuk foton berenergi tinggi (radiasi elektromagnetik). Nomor atom dan jumlah massa tetap sama, tetapi inti yang dihasilkan mengasumsikan keadaan energi yang lebih stabil.

SEBUAH isotop radioaktif adalah salah satu yang mengalami peluruhan radioaktif. Istilah "stabil" lebih ambigu, karena berlaku untuk elemen yang tidak pecah, untuk tujuan praktis, dalam rentang waktu yang lama. Ini berarti isotop stabil termasuk yang tidak pernah putus, seperti protium (terdiri dari satu proton, sehingga tidak ada yang tersisa), dan isotop radioaktif, seperti telurium -128, yang memiliki paruh 7,7 x 10²⁴ tahun. Radioisotop dengan waktu paruh pendek disebut radioisotop tidak stabil.

Anda mungkin berasumsi bahwa inti dalam konfigurasi stabil akan memiliki jumlah proton yang sama dengan neutron. Untuk banyak elemen yang lebih ringan, ini benar. Sebagai contoh, karbon umumnya ditemukan dengan tiga konfigurasi proton dan neutron, yang disebut isotop. Jumlah proton tidak berubah, karena ini menentukan unsur, tetapi jumlah neutron berubah: Karbon-12 memiliki enam proton dan enam neutron dan stabil; karbon-13 juga memiliki enam proton, tetapi memiliki tujuh neutron; karbon-13 juga stabil. Namun, karbon-14, dengan enam proton dan delapan neutron, tidak stabil atau radioaktif. Jumlah neutron untuk inti karbon-14 terlalu tinggi untuk gaya tarik kuat untuk menyatukannya tanpa batas.

Tetapi, ketika Anda pindah ke atom yang mengandung lebih banyak proton, isotop semakin stabil dengan kelebihan neutron. Ini karena nukleon (proton dan neutron) tidak terpasang pada tempatnya di dalam nukleus, tetapi bergerak, dan proton saling tolak karena semuanya membawa muatan listrik positif. Neutron dari nukleus yang lebih besar ini bertindak untuk melindungi proton dari efek satu sama lain.

Rasio neutron terhadap proton, atau rasio N: Z, adalah faktor utama yang menentukan apakah inti atom stabil atau tidak. Elemen yang lebih ringan (Z <20) lebih suka memiliki jumlah proton dan neutron yang sama atau N: Z = 1. Unsur yang lebih berat (Z = 20 hingga 83) lebih suka rasio N: Z 1,5 karena lebih banyak neutron diperlukan untuk mengisolasi terhadap gaya tolak antara proton.

Ada juga yang disebut bilangan ajaib, yang merupakan jumlah nukleon (baik proton atau neutron) yang sangat stabil. Jika kedua jumlah proton dan neutron memiliki nilai-nilai ini, situasinya disebut angka ajaib ganda. Anda dapat menganggap ini sebagai inti yang setara dengan aturan oktet mengatur stabilitas cangkang elektron. Angka ajaib sedikit berbeda untuk proton dan neutron:

• Proton: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 114
• Neutron: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126, 184

Untuk semakin memperumit stabilitas, ada lebih banyak isotop stabil dengan gen Z: N genap genap genap genap genap genap genap genap genap genap (bahkan genap genap) (bahkan isotop genap genap genap genap). (4)

Satu catatan terakhir: Apakah ada satu nukleus yang mengalami pembusukan atau tidak adalah peristiwa yang sepenuhnya acak. Waktu paruh isotop adalah prediksi terbaik untuk sampel unsur yang cukup besar. Itu tidak dapat digunakan untuk membuat prediksi tentang perilaku satu inti atau beberapa inti.

Bisakah kamu lulus a kuis tentang radioaktivitas?