Nuklida
Nuklida (atau nukleida, dari nukleus, juga dikenal sebagai spesies nuklir) adalah kelas atom yang dicirikan oleh jumlah proton mereka, Z, jumlah neutron mereka, N, dan keadaan energi nuklir mereka.[1]
Kata nuklida pertama kali diciptakan oleh Truman P. Kohman pada tahun 1947.[2][3] Kohman mendefinisikan nuklida sebagai "spesies atom yang dicirikan oleh konstitusi intinya" yang mengandung sejumlah neutron dan proton. Istilah ini awalnya berfokus pada nukleus.
Nuklida vs. isotop
Nuklida adalah spesies atom dengan jumlah proton dan neutron tertentu dalam inti mereka, misalnya karbon-13 dengan 6 proton dan 7 neutron. Konsep nuklida (mengacu pada spesies nuklir individu) menekankan sifat inti di atas sifat kimia, sedangkan konsep isotop (mengelompokkan semua atom dari setiap unsur) menekankan sifat kimia di atas sifat inti. Jumlah neutron memiliki efek besar pada sifat inti, tetapi pengaruhnya terhadap sifat kimia dapat diabaikan untuk sebagian besar unsur. Bahkan untuk unsur yang paling ringan, yang rasio nomor neutron terhadap nomor atomnya paling bervariasi antar isotop, biasanya hanya memiliki efek kecil, tetapi ia penting dalam beberapa keadaan, unsur paling ringan, efek isotopnya cukup besar untuk mempengaruhi sistem biologisnya dengan kuat. Untuk helium, helium-4 mematuhi statistik Bose–Einstein, sedangkan helium-3 mematuhi statistik Fermi–Dirac. Karena isotop adalah istilah yang lebih tua, ia lebih dikenal daripada nuklida, dan kadang-kadang masih digunakan dalam konteks di mana nuklida mungkin lebih tepat, seperti teknologi nuklir dan kedokteran nuklir.
Jenis nuklida
Meskipun kata nuklida dan isotop sering digunakan secara bergantian, menjadi isotop sebenarnya hanya satu hubungan antara nuklida. Tabel berikut menyebutkan beberapa relasi lainnya.
| Penamaan | Karakteristik | Contoh | Catatan |
|---|---|---|---|
| Isotop | jumlah proton sama (Z1 = Z2) | 12 6C, 13 6C, 14 6C |
|
| Isoton | jumlah neutron sama (N1 = N2) | 13 6C, 14 7N, 15 8O |
|
| Isobar | nomor massa sama (Z1 + N1 = Z2 + N2) | 17 7N, 17 8O, 17 9F |
lihat peluruhan beta |
| Isodiafer | kelebihan neutron yang sama (N1 − Z1 = N2 − Z2) | 13 6C, 15 7N, 17 8O |
Contohnya adalah isodiafer dengan kelebihan neutron 1. Sebuah nuklida dan produk peluruhan alfanya adalah isodiafer.[4] |
| Inti cermin | nomor neutron dan proton ditukar (Z1 = N2 dan Z2 = N1) |
3 1H, 3 2He |
|
| Isomer nuklir | nomor proton dan nomor massa sama, tetapi dengan keadaan energi yang berbeda |
99 43Tc, 99m 43Tc |
m=metastabil (keadaan tereksitasi berumur panjang) |
Himpunan nuklida dengan nomor proton (nomor atom) yang sama, dari unsur kimia yang sama tetapi nomor neutron yang berbeda, disebut isotop dari unsur tersebut. Nuklida tertentu masih sering secara longgar disebut "isotop", tetapi istilah "nuklida" adalah istilah yang benar secara umum (yaitu, ketika Z tidak tetap). Dengan cara yang sama, satu set nuklida dengan nomor massa A yang sama, tetapi nomor atom yang berbeda, disebut isobar (isobar = sama dalam berat), dan isoton adalah nuklida dengan jumlah neutron yang sama tetapi nomor proton yang berbeda. Demikian juga, nuklida dengan kelebihan neutron (N − Z) yang sama disebut isodiafer.[4] Nama isoton berasal dari nama isotop untuk menekankan bahwa pada kelompok nuklida pertama ialah jumlah neutron (n) yang konstan, sedangkan pada kelompok kedua ialah jumlah proton (p).[5]
Lihat notasi isotop untuk penjelasan mengenai notasi yang digunakan untuk berbagai jenis nuklida atau isotop.
Isomer nuklir adalah anggota dari satu set nuklida dengan jumlah proton yang sama dan nomor massa yang sama (sehingga menurut definisi membuat mereka isotop yang sama), tetapi keadaan tereksitasi yang berbeda. Contohnya adalah dua keadaan isotop tunggal 99
43Tc yang ditunjukkan di antara skema peluruhan. Masing-masing dari dua keadaan ini (teknesium-99m dan teknesium-99) memenuhi syarat sebagai nuklida yang berbeda, menggambarkan satu cara bahwa nuklida mungkin berbeda dari isotop (isotop dapat terdiri dari beberapa nuklida yang berbeda dari keadaan tereksitasi yang berbeda).
Isomer nuklir yang berumur paling panjang nuklida tantalum-180m (180m
73Ta), yang memiliki waktu paruh lebih dari 1.000 triliun tahun. Nuklida ini terjadi secara primordial, dan tidak pernah teramati meluruh menjadi keadaan dasarnya. (Sebaliknya, nuklida keadaan dasarnya, tantalum-180, tidak terjadi secara primordial, karena meluruh dengan waktu paruh hanya 8 jam menjadi 180Hf (86%) atau 180W (14%).)
Ada 252 nuklida di alam yang belum pernah teramati meluruh. Mereka terjadi di antara 80 unsur berbeda yang memiliki satu atau lebih isotop stabil. Lihat nuklida stabil dan nuklida primordial. Nuklida yang tidak stabil bersifat radioaktif dan disebut dengan radionuklida.Produk peluruhan mereka (produk 'anak') disebut nuklida radiogenik. 252 nuklida stabil dan sekitar 87 nuklida tidak stabil (radioaktif) terjadi secara alami di Bumi, dengan total sekitar 339 nuklida yang terjadi secara alami di Bumi.[6]
Asal usul radionuklida alami
Radionuklida alami dapat dengan mudah dibagi menjadi tiga jenis.[7] Pertama, mereka yang memiliki waktu paruh (t1/2) setidaknya 2% dari usia Bumi (untuk tujuan praktis, ini sulit dideteksi dengan waktu paruh kurang dari 10% dari usia Bumi) (4,6×109 tahun). Mereka adalah sisa-sisa nukleosintesis yang terjadi di bintang sebelum pembentukan Tata Surya. Misalnya, isotop uranium 238U (t1/2 = 4,5×109 tahun) masih cukup melimpah di alam, tetapi isotop 235U (t1/2 = 0,7×109 tahun) 138 kali lebih jarang. Sekitar 34 nuklida ini telah ditemukan (lihat daftar nuklida dan nuklida primordial untuk rinciannya).
Kelompok kedua radionuklida yang ada secara alami terdiri dari nuklida radiogenik seperti 226Ra (t1/2 = 1602 tahun), sebuah isotop radium, yang terbentuk dari peluruhan radioaktif. Mereka terjadi dalam rantai peluruhan isotop primordial uranium atau torium. Beberapa nuklida ini berumur sangat pendek, seperti isotop fransium. Ada sekitar 51 nuklida anak yang memiliki waktu paruh terlalu pendek untuk menjadi primordial, dan yang ada di alam semata-mata karena peluruhan dari nuklida primordial radioaktif yang berumur lebih panjang.
Kelompok ketiga terdiri dari nuklida yang terus menerus dibuat dengan cara lain yang bukan peluruhan radioaktif spontan sederhana (yaitu, hanya satu atom yang terlibat tanpa partikel yang masuk) melainkan melibatkan reaksi nuklir alami. Mereka terjadi ketika atom bereaksi dengan neutron alami (dari sinar kosmik, fisi spontan, atau sumber-sumber lain), atau dibombardir langsung dengan sinar kosmik. Yang terakhir, jika nonprimordial, disebut sebagai nuklida kosmogenik. Jenis lain dari reaksi nuklir alami menghasilkan nuklida yang dikatakan sebagai nuklida nukleogenik.
Contoh nuklida yang dibuat dari reaksi nuklir, adalah nuklida kosmogenik 14C (radiokarbon) yang dibuat oleh penembakan sinar kosmik dari unsur lain, dan nuklida nukleogenik 239Pu yang masih dibuat oleh pemborbardiran neutron 238U alami sebagai hasil fisi alami dalam bijih uranium. Nuklida kosmogenik dapat bersifat stabil atau radioaktif. Jika mereka stabil, keberadaan mereka harus disimpulkan dengan latar belakang nuklida stabil, karena setiap nuklida stabil yang diketahui, terjadi secara primordial di Bumi.
Nuklida yang diproduksi secara artifisial
Di luar 339 nuklida yang terjadi secara alami, lebih dari 3000 radionuklida dari berbagai waktu paruh telah diproduksi dan dikarakterisasi secara artifisial.
Nuklida yang diketahui ditunjukkan pada Tabel nuklida. Daftar nuklida primordial diberikan diurutkan berdasarkan unsur, di Daftar unsur menurut kestabilan isotop. Daftar nuklida diurutkan berdasarkan waktu paruh, untuk 905 nuklida dengan waktu paruh lebih dari satu jam.
Tabel ringkasan untuk jumlah setiap kelas nuklida
Ini adalah tabel ringkasan[8] untuk 905 nuklida dengan waktu paruh lebih dari satu jam, diberikan dalam daftar nuklida. Perhatikan bahwa jumlahnya tidak tepat, dan mungkin sedikit berubah di masa depan, jika beberapa nuklida "stabil" telah teramati bersifat radioaktif dengan waktu paruh yang sangat panjang.
| Kelas stabilitas | Jumlah nuklida | Total berjalan | Catatan tentang total berjalan |
|---|---|---|---|
| Secara teoretis stabil terhadap semua peluruhan kecuali peluruhan proton | 90 | 90 | Termasuk 40 unsur pertama. Peluruhan proton belum teramati. |
| Secara energi tidak stabil terhadap satu atau lebih mode peluruhan yang diketahui, tetapi belum ada peluruhan yang terlihat. Fisi spontan mungkin untuk nuklida "stabil" dari niobium-93 dan seterusnya; mekanisme lain mungkin untuk nuklida yang lebih berat. Semuanya dianggap "stabil" sampai peluruhan mereka terdeteksi. | 162 | 252 | Jumlah nuklida yang stabil secara klasik. |
| Nuklida primordial radioaktif. | 34 | 286 | Total unsur primordial termasuk bismut, torium, dan uranium, ditambah semua nuklida stabil. |
| Nonprimordial radioaktif, tetapi terjadi secara alami di Bumi. | ~ 53 | ~ 339 | Karbon-14 (dan nuklida kosmogenik lainnya yang dihasilkan oleh sinar kosmik); anak dari primordial radioaktif, seperti fransium, dll., dan nuklida nukleogenik dari reaksi nuklir alami selain dari sinar kosmik (seperti penyerapan neutron dari fisi nuklir spontan atau emisi neutron). |
| Radioaktif sintetik (waktu paruh > 1 jam). Termasuk pelacak radioaktif yang paling berguna. | 556 | 905 | |
| Radioaktif sintetik (waktu paruh < 1 jam). | >2400 | >3300 | Termasuk semua nuklida sintetik yang telah dikarakterisasi dengan baik. |
Sifat dan stabilitas nuklir
Hitam – stabil (semuanya primordial)
Merah – radioaktif primordial
Lainnya – radioaktif, dengan penurunan stabilitas dari oranye menjadi putih
Inti atom selain hidrogen 1
1H memiliki proton dan neutron yang terikat bersama oleh sisa gaya kuat. Karena proton bermuatan positif, mereka saling tolak. Neutron, yang secara elektrik netral, menstabilkan inti dengan dua cara. Keberadaan mereka mendorong proton sedikit terpisah, mengurangi tolakan elektrostatik antara proton, dan mereka mengerahkan gaya nuklir yang menarik satu sama lain dan pada proton. Untuk alasan ini, satu atau lebih neutron diperlukan agar dua atau lebih proton terikat menjadi inti. Dengan bertambahnya jumlah proton, demikian juga rasio neutron terhadap proton yang diperlukan untuk memastikan inti yang stabil (lihat grafik). Misalnya, meskipun rasio neutron–proton 3
2He adalah 1:2, rasio neutron–proton 238
92U lebih besar dari 3:2. Sejumlah unsur yang lebih ringan memiliki nuklida yang stabil dengan perbandingan 1:1 (Z = N). Nuklida 40
20Ca (kalsium-40) secara observasional merupakan nuklida stabil terberat dengan jumlah neutron dan proton yang sama (secara teoretis, yang paling stabil adalah belerang-32). Semua nuklida stabil yang lebih berat dari kalsium-40 mengandung lebih banyak neutron daripada proton.
Nomor nukleon genap dan ganjil
| A | Genap | Ganjil | Total | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Z,N | GnGn | GjGj | GnGj | GjGn | |
| Stabil | 146 | 5 | 53 | 48 | 252 |
| 151 | 101 | ||||
| Berumur panjang | 21 | 4 | 4 | 5 | 34 |
| 25 | 9 | ||||
| Semuanya primordial | 167 | 9 | 57 | 53 | 286 |
| 176 | 110 | ||||
Rasio proton–neutron bukan satu-satunya faktor yang mempengaruhi stabilitas nuklir. Itu juga tergantung pada paritas genap atau ganjil dari nomor atom Z mereka, nomor neutron N mereka dan, akibatnya, jumlah mereka, nomor massa A. Keganjilan dari kedua Z dan N menurunkan energi pengikatan inti, membuat inti ganjil, umumnya, kurang stabil. Perbedaan energi ikat nuklir yang luar biasa antara inti tetangga, terutama isobar ganjil-A, memiliki konsekuensi penting: isotop tidak stabil dengan jumlah neutron atau proton yang tidak optimal meluruh melalui peluruhan beta (termasuk peluruhan positron), penangkapan elektron atau cara yang lebih eksotis, seperti fisi spontan dan peluruhan gugus.
Mayoritas nuklida stabil adalah proton-genap-neutron-genap, di mana semua bilangan Z, N, dan A adalah genap. Nuklida stabil ganjil-A dibagi (kira-kira merata) menjadi nuklida-proton-genap-neutron-ganjil, dan nuklida proton-genap-neutron-ganjil. Nuklida (dan inti) proton-ganjil-neutron-ganjil adalah yang paling tidak umum.
Lihat pula
- Isotop (memuat lebih banyak informasi tentang kelimpahan nuklida stabil)
- Daftar unsur berdasarkan kestabilan isotop
- Daftar nuklida (diurutkan berdasarkan waktu paruh)
- Tabel nuklida
- Tabel isotop unsur ringan (0 sampai 8)
- Tabel isotop (lengkap)
- Isotop-isotop alami
- Nuklida alfa
- Unsur monoisotop
- Unsur mononuklida
- Unsur primordial
- Radionuklida
- Hipernukleus
Referensi
- ^ IUPAC (1997). "Nuclide". Dalam A. D. McNaught; A. Wilkinson. Compendium of Chemical Terminology. Blackwell Scientific Publications. doi:10.1351/goldbook.N04257. ISBN 978-0-632-01765-2.
- ^ Kohman, Truman P. (1947). "Proposed New Word: Nuclide". American Journal of Physics. 15 (4): 356–7. Bibcode:1947AmJPh..15..356K. doi:10.1119/1.1990965.
- ^ Belko, Mark (1 Mei 2010). "Obituary: Truman P. Kohman / Chemistry professor with eyes always on stars". Pittsburgh Post-Gazette. Diakses tanggal 22 Juli 2022.
- ^ a b Sharma, B.K. (2001). Nuclear and Radiation Chemistry (edisi ke-7). Krishna Prakashan Media. hlm. 78. ISBN 978-81-85842-63-9.
- ^
Cohen, E. R.; Giacomo, P. (1987). "Symbols, units, nomenclature and fundamental constants in physics". Physica A. 146 (1): 1–68. Bibcode:1987PhyA..146....1.. CiteSeerX 10.1.1.1012.880
. doi:10.1016/0378-4371(87)90216-0.
- ^ [1] (Sumber ini memberikan 339 nuklida alami, tetapi menyebutkan 269 di antaranya sebagai stabil, bukan 252 yang terdaftar dalam [[nuklida stabil. Lihat juga daftar nuklida untuk nuklida yang hampir stabil. Ketidaksepakatan dalam angka-angka ini sebagian karena radionuklida berumur sangat panjang tertentu seperti bismut-209 yang, ketika ditemukan, memindahkan nuklida primordial yang diketahui dari kategori nuklida stabil menjadi kategori nuklida primordial radioaktif, tetapi tidak mengubah jumlah total nuklida alami. Daftar yang diperluas dari 339 nuklida yang ditemukan secara alami di Bumi akan mencakup nuklida seperti radium dan karbon-14 yang ditemukan di Bumi sebagai produk dari rantai peluruhan radioaktif dan proses alami seperti radiasi kosmik, tetapi bukan radionuklida primordial. Karbon-14 lebih mudah dihitung, dan nomor 34 di atas jumlah nuklida primordial stabil, dengan total 286 nuklida yang terjadi secara primordial.)
- ^ "Types of Isotopes: Radioactive". SAHRA. Diakses tanggal 22 Juli 2022.
- ^ Data tabel ini diperoleh dengan menghitung anggota daftar; referensi untuk data daftar itu sendiri diberikan di bawah ini di bagian referensi dalam daftar nuklida.
Pranala luar
- Periodic Table di Curlie (dari DMOZ)
- Livechart - Tabel Nuklida di Badan Tenaga Atom Internasional