Isotop Adalah Bentuk Unsur, Pahami Cara Terbentuk, Properti dan Kegunaannya

Liputan6.com, Jakarta Isotop adalah bentuk unsur yang memiliki jumlah proton sama, namun memiliki jumlah neutron yang berbeda. Seperti yang kita tahu bahwa beberapa elemen seperti karbon, kalium, dan uranium memiliki isotop alami dimana karbon-12 memiliki 6 proton, 6 neutron, dan 6 elektron.

Isotop adalah variasi dari suatu unsur kimia, yang dalam tabel periodik isotop dari suatu unsur memiliki simbol yang sama dengan unsur tersebut, tetapi biasanya ditulis dengan tambahan angka massa atom di bagian atas kiri simbol, untuk menunjukkan perbedaan jumlah neutronnya.

Sebagai contoh, isotop karbon memiliki simbol C dan ada tiga isotop karbon yang paling umum yaitu karbon-12 (12C), karbon-13 (13C), dan karbon-14 (14C). Semua tiga isotop ini memiliki 6 proton sebagai nomor atomnya, tetapi memiliki masing-masing 6, 7, dan 8 neutron, sehingga menyebabkan perbedaan dalam massa atomnya.  

Isotop adalah unsur yang memiliki sifat-sifat kimia serupa, karena jumlah proton yang sama dalam inti atom menyebabkan konfigurasi elektron dan sifat kimia unsur tetap. Studi tentang isotop memainkan peran penting dalam penelitian ilmiah untuk memahami sifat-sifat materi, dan proses alami di alam semesta.

Berikut ini properti dan cara terbentuk isotop yang Liputan6.com rangkum dari berbagai sumber, Jumat (21/7/2023). 

Isotop adalah variasi dari suatu unsur kimia, yang memiliki jumlah proton yang sama di inti atomnya, tetapi berbeda dalam jumlah neutron. Ini mengakibatkan perbedaan dalam massa atom, dan sifat fisik serta reaktivitas isotop, berikut ini propertinya: 

Massa Atom

Massa atom adalah jumlah total proton dan neutron dalam inti atom. Karena isotop memiliki jumlah neutron yang berbeda, massa atom mereka akan bervariasi. Misalnya, karbon-12 (12C) memiliki 6 proton dan 6 neutron, sehingga massa atomnya adalah 12 unit. Di sisi lain, karbon-14 (14C) memiliki 6 proton dan 8 neutron, sehingga memiliki massa atom sekitar 14 unit. Perbedaan dalam massa atom ini dapat mempengaruhi perilaku isotop dalam berbagai reaksi kimia dan fisika.

Stabilitas Nuklir

Kestabilan inti atom tergantung pada rasio antara proton dan neutron dalam inti. Inti yang sangat ringan (seperti hidrogen dan helium), biasanya stabil dengan jumlah proton yang lebih sedikit daripada neutron. Namun, inti yang lebih berat membutuhkan lebih banyak neutron untuk menjaga kestabilan. Isotop yang memiliki rasio proton dan neutron yang seimbang, atau mendekati seimbang biasanya lebih stabil dan cenderung menjadi isotop yang paling umum ditemukan di alam.

Radioaktivitas

Isotop yang tidak stabil, dengan jumlah neutron yang berlebihan atau kekurangan, cenderung menjadi radioaktif. Peluruhan radioaktif terjadi ketika isotop melepaskan energi, dalam bentuk partikel-partikel atau radiasi elektromagnetik untuk mencapai kestabilan nuklir. Jenis peluruhan radioaktif yang paling umum melibatkan emisi partikel alfa (dua proton dan dua neutron), dan partikel beta (elektron atau positron). Contoh isotop radioaktif termasuk karbon-14 (14C), uranium-238 (238U), dan radium-226 (226Ra). Isotop radioaktif memiliki peran penting dalam bidang medis, penanggalan arkeologi, dan aplikasi industri lainnya.

Sifat Fisik

Perbedaan dalam jumlah neutron dapat mempengaruhi sifat fisik isotop, seperti titik leleh, titik didih, densitas, dan kemampuan konduksi panas dan listrik. Beberapa isotop dapat memiliki sifat-sifat fisik yang berbeda, yang dapat dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi industri dan teknologi.

Aplikasi dalam Penelitian dan Industri

Studi isotop telah menjadi alat penting dalam penelitian ilmiah. Dengan melacak isotop, para ilmuwan dapat memahami pergerakan air di bumi, siklus karbon dalam ekosistem, dan sejarah iklim global. Selain itu, dalam industri, isotop digunakan dalam penelitian material, penanggalan arkeologi, dan dalam produksi energi nuklir.

Terbentuknya isotop melibatkan proses pembentukan inti atom, yang melibatkan proton dan neutron. Isotop dapat terbentuk secara alamiah melalui proses nukleosintesis di dalam bintang-bintang, atau secara buatan melalui reaksi nuklir di laboratorium.

Pembentukan Alamiah Isotop

1. Nukleosintesis Bintang

Proses utama pembentukan isotop di alam, adalah melalui nukleosintesis di dalam bintang-bintang. Dalam inti bintang, reaksi nuklir berlangsung dalam kondisi ekstrem suhu dan tekanan. Dalam reaksi nuklir ini, inti atom bergabung atau berfusi untuk membentuk inti atom yang lebih berat. Proses ini menghasilkan elemen yang lebih berat dari hidrogen, seperti helium, karbon, oksigen, dan elemen lainnya.

Misalnya, proses siklus proton-proton yang terjadi di inti bintang seperti Matahari, akan mengubah hidrogen menjadi helium dengan menggabungkan proton, untuk membentuk inti helium. Proses nukleosintesis yang lebih kompleks terjadi di dalam bintang yang lebih besar dan lebih panas, di mana elemen-berat seperti karbon dan oksigen dapat terbentuk melalui reaksi fusi inti yang lebih kompleks.

2. Supernova

Pembentukan isotop juga terjadi dalam fenomena supernova, yaitu ledakan bintang yang sangat besar. Supernova terjadi ketika bintang yang sangat besar mencapai akhir masa hidupnya, dan meledak secara spektakuler. Ledakan ini menghasilkan energi besar yang menciptakan kondisi fisika ekstrem, memungkinkan pembentukan elemen yang lebih berat daripada besi, termasuk isotop yang jauh lebih berat dan langka.

Isotop yang dihasilkan dalam supernova dilepaskan ke angkasa luar, dan beberapa dari isotop ini akan menjadi bagian dari awan gas dan debu yang membentuk bintang-bintang baru dan planet di masa depan. Jadi, isotop yang ada di Bumi dan di seluruh alam semesta berasal dari proses nukleosintesis ini.

Pembentukan Buatan Isotop

Selain pembentukan alamiah, isotop juga dapat dibuat secara buatan di laboratorium melalui reaksi nuklir yang dikendalikan. Proses ini memanfaatkan reaktor nuklir atau akselerator partikel, di mana isotop dapat dihasilkan dengan menembakkan partikel-partikel seperti neutron, proton, atau inti atom lainnya ke target atom. Pembentukan isotop buatan ini memiliki berbagai tujuan, termasuk dalam bidang energi nuklir, penelitian ilmiah, dan aplikasi medis. Beberapa isotop buatan digunakan dalam terapi radiasi untuk mengobati kanker, dan isotop lainnya digunakan sebagai penanda dalam penelitian di berbagai bidang ilmu pengetahuan.

Bidang Kedokteran

1. Diagnosis Medis: Isotop radioaktif sangat penting dalam teknik diagnostik seperti Positron Emission Tomography (PET) dan Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT). Dalam teknik PET, isotop radioaktif seperti fluor-18 (18F) digunakan untuk membuat senyawa tertentu, misalnya fluorodeoxyglucose (FDG), yang menyala pada daerah tubuh dengan metabolisme tinggi, seperti tumor kanker. Dengan demikian, dokter dapat melihat gambaran 3D dari aktivitas metabolik di dalam tubuh manusia dan mendeteksi dini lesi atau kanker yang mungkin ada.
2. Terapi Radiasi: Isotop juga memiliki peran vital dalam terapi radiasi, untuk pengobatan kanker. Misalnya, kobalt-60 (60Co) adalah isotop yang digunakan dalam mesin radioterapi, untuk menghasilkan sinar gamma yang digunakan untuk menghancurkan sel kanker, dan mengobati tumor.
3. Penelitian Biomedis: Isotop digunakan sebagai alat penanda, untuk melacak metabolisme dan jalur-jalur biokimia dalam tubuh manusia dan hewan. Misalnya, isotop karbon-13 (13C) dapat digunakan sebagai penanda dalam studi, tentang cara tubuh mencerna makanan atau dalam penelitian tentang gangguan metabolisme tertentu.

Iradiasi Makanan

Radiasi yang dipancarkan oleh beberapa unsur radioaktif, dapat digunakan untuk membunuh mikroorganisme yang tidak diinginkan pada berbagai bahan makanan, tujuan akhirnya adalah untuk memperpanjang usia penyimpanan bahan makanan tersebut. Produk bahan makanan mentah dapat diiradiasi, dengan emisi unsur kobalt-60 atau cesium-137.

Paparan radiasi ini dapat membunuh banyak bakteri penyebab pembusukan, sehingga hasilnya akan didapat bahan makanan yang tetap segar dan tahan lama. Telur, daging sapi, daging babi, daging unggas, dan sayur-sayuran dapat diawetkan dengan cara ini. Sebagai catatan bahwa pemberian iradiasi pada makanan, tidak akan menjadikan makanan itu menjadi radioaktif sehingga tetap aman untuk dikonsumsi.

Bidang Lingkungan dan Geokimia

1. Isotop oksigen seperti oksigen-18 (18O) dan oksigen-16 (16O), digunakan dalam penelitian hidrologi untuk melacak sumber air dan memahami sirkulasi air di bumi. Isotop ini membantu dalam memahami bagaimana air bergerak melalui siklus hidrologi dan mengungkapkan hubungan antara air permukaan dan air tanah.
2. Isotop yang ada dalam jejak gas alam, seperti karbon dioksida (CO2) dan metana (CH4), digunakan untuk memahami perubahan iklim masa lalu dan sekarang. Isotop ini dapat memberikan informasi tentang sumber-sumber gas rumah kaca, dan membantu mengidentifikasi penyebab perubahan iklim.

Penentuan Mekanisme Reaksi

Kegunaan lain dari unsur isotop adalah digunakan dalam menentukan mekanisme reaksi tertentu, melalui pelabelan radioisotop. Suatu senyawa dapat tersusun oleh unsur yang telah dibedakan dengan menggunakan isotopnya. Cara ini dapat digunakan dalam melacak bagian isotop melalui reaksi, atau jalur metabolisme tertentu jika reaksi yang terlibat adalah reaksi dalam contoh biokimia. Hal ini dapat mengarah pada informasi tentang identitas produk reaksi, dan juga memberikan informasi mengenai mekansime reaksi atau jalur biokimia yang digunakan.