Isotop dan Nuklida

Adalah Nomer atom, yakni jumlah proton – bukannya  massa atom – yang menentukan jenis  dan sifat kimia dari suatu unsur. Hal ini dikarenakan sifat – sifat kimia bergantung pada komposisi elektron – elektron   sedangkan jumlah elektron adalah sama dengan nomer atom. Konsekuensinya, atom dengan inti yang berisi jumlah proton yang sama ( nomer atom sama) tetapi jumlah neutron yang berbeda (nomer massa berbeda) –disebut dengan isotop-  pada dasarnya secara kimiawi adalah identik meskipun hal ini  sering  menandakan perbedaan dari segi kestabilan inti atom. Sebagian besar unsur di alam berada dalam dua atau lebih isotop stabil yang mana secara kimiawi hampir tidak bisa dibedakan meskipun nomer massanya dan berat atomnya berbeda

. Kesemuanya, sekitar 280 isotop stabil yang telah di identifikasi terjadi secara alamiah, dan sebagai tambahan, terdapat sekitar 50 jenis isotop tidak stabil yang ditemukan di alam. Lainnya 700 atau lebih isotop tidak stabil didapatkan secara buatan dengan reaksi nuklir yang beragam. Untuk tujuan membedakan perbedaan dari isotop –isotop dari unsur tertentu maka  dicantumkan nomer massa yang digunakan setelah simbol unsur. Jadi isotop uranium dengan nomer massa 238 bisa ditulis sebagai uranium -238, U-238 atau U_­²³⁸

Uranium, unsur paling penting dalam pembangkitan energi nuklir, berada di alam dalam setidaknya tiga bentuk  isotop dengan nomer massa 234, 235, dan 238. Uranium – 238 merupakan isotop yang paling banyak proporsinya berada di alam (99,282 %). Sedangkan U-235 sekitar 0,7% dan untuk uranium – 234 lebih kecil lagi, sehingga sering bisa diabaikan.

Semua senyawa di alam ini terbentuk dari atom-atomnya dengan perbandingan massa atom yang tetap. Sebagai contoh dalam kehidupan sehari-hari massa sebuah anggur adalah 1 g, dan sebuah jeruk massanya tiga kali massa anggur tersebut. Dapat dikatakan bahwa massa jeruk adalah 3 g. Dengan demikian kita telah menemukan massa relatif dari anggur dan jeruk.

Bila hidrogen dan klor membentuk senyawa hidrogen klorida dengan rumus HCl, dalam senyawa ini selalu ditemukan bahwa massa atom klor 35,5 x massa atom hidrogen. Karena atom-atomnya berada dalam jumlah yang sama, maka dapat disimpulkan bahwa tiap atom klor harus 35,5 x lebih berat dari atom hidrogen. Karena itu kita telah menemukan massa relatif dari atom hidrogen dan klor.

Berdasarkan contoh diatas, kita dapat melihat bahwa dengan diketahui rumus dari suatu senyawa dan mengukur perbandingan massa dari unsuru-nsurnya, dapat ditentukan massa dari atom-atomnya. Bila massa dari salah satu atom unsurnya diketahui, maka massa atom lain dari molekul dapat ditentukan, sehingga harus dicari suatu atom sebagai massa standar. Perbandingan massa satu atom dengan massa atom standar disebut massa atom relatif (Ar).

Karena atom sangat ringan, maka tidak dapat digunakan satuan g dan kg untuk massa atom, maka digunakan satuan massa atom (s. m. a) (Simbol SI adalah u). Pada mulanya dipilih hidrogen sebagai standar karena merupakan atom teringan. Kemudian diganti dengan oksigen karena dapat bersenyawa dengan hampir semua unsur lain. Jika atom hidrogen ditetapkan mempunyai massa 1 s. m. a (satuan massa atom), maka oksigen mempunyai massa 16 s. m. a. Dengan demikian yang disebut massa atom relatif (Ar) dari unsur X adalah:
Salah satu syarat massa standar adalah stabil dan murni. Tetapi karena oksigen yang terdapat di alam merupakan campuran dari tiga isotop 16O, 17O dan 18O dengan kelimpahan masing-masing 99,76%, 0,04%, dan 0,20%, akhirnya pada tahun 1960 berdasarkan kesepakatan internasional ditetapkan karbon-12 atau 12C sebagai standar dan mempunyai massa atom 12 s. m. a. Karena setiap unsur terdiri dari beberapa isotop, maka definisi massa atom relatif (Ar) diubah menjadi perbandingan massa rata-rata satu atom unsur terhadap massa atom 12C.
Dan 12C ditetapkan mempunyai massa 12 s. m. a. Setelah diteliti dengan cermat, 1 s. m. a = 1,66 x 10-24 g dan massa isotop 12C= 1,99 x 10-23 g.

Perlu dicatat bahwa massa atom relatif (Ar) merupakan perbandingan massa, sehingga tidak mempunyai satuan. Massa atom relatif sangat penting dalam ilmu kimia untuk mengetahui sifat unsur dan senyawa. Yang menjadi masalah, bagaimana menentukannya secara tepat dan benar.

Saat ini penentuan massa atom relatif dan massa molekul relatif dilakukan dengan menggunakan spektrometer massa (Gambar 2). Dengan alat ini, ternyata diketahui bahwa atom suatu unsur dapat memiliki massa yang berbeda-beda (disebut isotop). Pertama kali spektrometer massa dikembangkan oleh ahli fisika dari Inggris F. W. Aston pada tahun 1920. Dengan menggunakan alat tersebut, Aston menemukan 3 isotop neon di alam yaitu 90,92% 20Ne dengan massa 19,9924 sma; 0,26% 21Ne dengan massa 20,9940 sma; dan 8,82% 22Ne dengan massa 21,9914 sma (Gambar 3)

Ada 20 unsur (Be, F, Na, Al, P, Sc, Mn, Co, As, Y, Nb, Rh, I, Cs, Pr, Tb, Ho, Tm, Au, dan Bi) yang merupakan monoisotop. Sedangkan unsur-unsur yang lain mempunyai dua atau lebih isotop. Untuk unsur-unsur ini, massa atom relatif (Ar) merupakan nilai rata-rata massa dari setiap massa isotop atom dalam unsur tersebut dengan memperhitungkan kelimpahannya. Misalnya, untuk suatu unsur mempunyai dua macam isotop, berlaku rumus:
Sebagai contoh yang baik adalah klor, yang mempunyai dua isotop yaitu, 35Cl dan 37Cl. Di alam 75,77% atom dalam keadaan 35Cl mempunyai massa 34,968852 sma dan 24,23% adalah 37Cl yang massa atom 36,965903. Sehingga massa atom sama dengan 0,7577 (34,968852) + 0,2423 (36,965903) = 26,496 + 8,957 = 35,453 Untuk unsur yang memiliki lebih dari dua isotop, rumus tersebut dapat disesuaikan.

Tahun 1961, IUPAC menetapkan standar penetapan massa atom relatif terhadap massa isotop karbon-12 (12C).