Inti atom ganjil dan genap

Artikel ini membutuhkan lebih banyak rujukan. Mohon bantu kami mengembangkan artikel ini dengan cara menambahkan rujukan ke sumber tepercaya. Pernyataan tak bersumber bisa saja dipertentangkan dan dihapus. Cari sumber: "Inti atom ganjil dan genap" – berita · surat kabar · buku · cendekiawan · JSTOR (September 2026)

Dalam fisika nuklir, sifat-sifat suatu inti atom bergantung pada apakah nomor atom (nomor proton) Z, jumlah neutron N, dan sebagai konsekuensinya jumlah keduanya, yaitu nomor massa A, bernilai ganjil atau genap. Yang paling penting, ketika Z dan N sama-sama ganjil, keadaan ini cenderung menurunkan energi pengikatan inti, sehingga inti dengan kondisi tersebut pada umumnya kurang stabil. Efek ini tidak hanya diamati secara eksperimen, tetapi juga dimasukkan ke dalam rumus massa semiempiris dan dijelaskan oleh beberapa model inti lainnya, seperti model kulit inti. Perbedaan energi pengikatan inti antara inti-inti yang berdekatan, khususnya isobar dengan A ganjil, memiliki konsekuensi penting terhadap peluruhan beta.

Spin inti bernilai nol untuk inti dengan Z genap dan N genap, bernilai bilangan bulat untuk semua inti dengan A genap, dan bernilai setengah bilangan bulat ganjil untuk semua inti dengan A ganjil.

Rasio neutron–proton bukanlah satu-satunya faktor yang memengaruhi kestabilan inti. Penambahan neutron pada isotop dapat mengubah spin inti dan bentuk inti, sehingga menimbulkan perbedaan dalam penampang lintang penangkapan neutron, spektroskopi gama, serta sifat-sifat resonansi magnet inti. Jika jumlah neutron yang terdapat dalam inti terlalu banyak atau terlalu sedikit dibandingkan dengan jumlah yang menghasilkan energi pengikatan inti optimum, inti tersebut menjadi tidak stabil dan dapat mengalami jenis peluruhan tertentu. Nuklida tidak stabil dengan jumlah neutron atau proton yang tidak optimal dapat meluruh melalui peluruhan beta (termasuk peluruhan positron), penangkapan elektron, atau mekanisme lainnya, seperti fisi spontan dan peluruhan gugus.

Data mengenai nuklida tertentu yang disajikan di bawah ini berasal dari NUBASE2020,^[1] kecuali dinyatakan lain. Lihat pula Daftar nuklida untuk daftar lengkap.

Nomor massa genap

Nuklida dengan nomor massa genap, yang mencakup 150 dari 251 atau sekitar 60% dari seluruh nuklida stabil, merupakan boson, yaitu partikel yang memiliki spin bilangan bulat. Sebanyak 145 dari 150 nuklida tersebut merupakan nuklida dengan jumlah proton genap dan jumlah neutron genap (GeGe), yang secara pasti memiliki spin 0 karena efek pasangan. Lima nuklida bosonik stabil lainnya merupakan nuklida dengan jumlah proton ganjil dan jumlah neutron ganjil (2
1H, 6
3Li, 10
5B, 14
7N, dan 180m
73Ta), yang semuanya memiliki spin bilangan bulat yang tidak nol.

Efek pasangan

Peluruhan beta dari inti genap–genap menghasilkan inti ganjil–ganjil, dan sebaliknya. Jumlah proton atau neutron yang genap lebih stabil (memiliki energi pengikatan yang lebih tinggi) karena adanya efek pasangan. Oleh karena itu, inti genap–genap jauh lebih stabil daripada inti ganjil–ganjil. Salah satu akibatnya adalah hanya terdapat sedikit nuklida ganjil–ganjil yang stabil. Akibat lainnya adalah efek pasangan mencegah banyak inti genap–genap mengalami peluruhan beta menjadi inti genap–genap lain dengan nomor massa yang sama tetapi energi yang lebih rendah, karena peluruhan yang berlangsung satu tahap pada satu waktu harus melewati inti ganjil–ganjil yang memiliki energi lebih tinggi. Peluruhan beta ganda secara langsung dari inti genap–genap menjadi inti genap–genap lainnya, dengan melewati inti ganjil–ganjil, hanya mungkin terjadi pada beberapa kasus. Bahkan ketika memungkinkan, waktu paruhnya dapat lebih dari satu miliar kali usia alam semesta. Sebagai contoh, pemancar beta ganda 116Cd memiliki waktu paruh sebesar 2,69×10¹⁹ tahun. Hal ini menyebabkan jumlah nuklida genap–genap yang stabil menjadi lebih banyak. Beberapa nomor massa bahkan memiliki dua nuklida stabil, dan terdapat satu unsur (nomor atom) yang memiliki hingga tujuh nuklida stabil, yaitu timah.

Sebagai contoh, 4
2He memiliki kestabilan yang sangat tinggi karena adanya pasangan ganda, yaitu dua proton dan dua neutron yang mengisi kulit energi terendah. Kestabilan ini menyebabkan nuklida yang mengandung lima atau delapan nukleon tidak dapat bertahan cukup lama untuk menjadi tahap antara dalam pembentukan unsur-unsur yang lebih berat melalui fusi nuklir pada nukleosintesis Ledakan Besar. Hanya di dalam bintang tersedia waktu yang cukup untuk proses tersebut berlangsung (lihat proses alfa rangkap tiga). Hal ini juga merupakan alasan mengapa 8
4Be meluruh dengan sangat cepat menjadi dua partikel alfa, sehingga berilium menjadi satu-satunya unsur bernomor atom genap yang bersifat monoisotopik.

Genap–genap (proton genap, neutron genap)

Terdapat 145 nuklida genap–genap yang stabil, yang membentuk sekitar 58% dari 251 nuklida stabil. Selain itu, saat ini diketahui terdapat 23 nuklida genap–genap primordial yang bersifat radioaktif. Akibatnya, banyak dari 41 unsur bernomor atom genap, dari 2 hingga 82, memiliki banyak isotop primordial. Dengan 145 isotop stabil yang tersebar pada 41 unsur, rata-ratanya adalah sekitar 145/41 ≈ 3,54 isotop stabil per unsur. Isotop genap–genap stabil yang paling ringan adalah 4
2He, sedangkan yang paling berat adalah 208
82Pb. Keduanya juga merupakan nuklida ajaib ganda yang paling ringan dan paling berat yang diketahui.^[2] 208
82Pb merupakan produk akhir peluruhan dari 232
90Th, yaitu radionuklida primordial dengan jumlah proton dan neutron yang sama-sama genap. 238
92U merupakan radionuklida primordial lainnya dengan karakteristik tersebut, dengan waktu paruh 4,463 miliar tahun. Kedua nuklida ini, bersama dengan produk-produk peluruhannya, masing-masing menghasilkan hampir setengah dari panas radioaktif di dalam Bumi.^[3]

Semua nuklida genap–genap memiliki spin 0 pada keadaan dasarnya, sebagai akibat dari asas larangan Pauli. (Lihat efek pasangan untuk penjelasan lebih lanjut.)

Ganjil–ganjil (proton ganjil, neutron ganjil)

Hanya terdapat lima nuklida stabil yang mengandung jumlah proton ganjil dan jumlah neutron ganjil. Empat nuklida "ganjil–ganjil" pertama terdapat pada unsur-unsur ringan. Pada nuklida tersebut, perubahan proton menjadi neutron atau sebaliknya akan menghasilkan rasio proton–neutron yang sangat tidak seimbang (2
1H, 6
3Li, 10
5B, dan 14
7N; masing-masing memiliki spin 1, 1, 3, dan 1). Keempat isotop ini memiliki jumlah proton dan neutron yang sama, serta semuanya memiliki spin inti ganjil. Satu-satunya nuklida ganjil–ganjil lain yang secara pengamatan diketahui stabil adalah 180m
73Ta (spin 9), yang merupakan satu-satunya isomer nuklir primordial. Nuklida ini belum teramati meluruh meskipun telah dilakukan berbagai upaya eksperimen untuk mendeteksinya.^[4] Selain itu, terdapat empat nuklida ganjil–ganjil radioaktif berumur panjang yang terjadi secara alami, yaitu 40
19K (radioisotop yang paling umum dalam tubuh manusia^[5][6]), 50
23V, 138
57La, dan 176
71Lu dengan spin masing-masing 4, 6, 5, dan 7. Seperti pada kasus 180m
73Ta, peluruhan nuklida dengan spin tinggi melalui peluruhan beta (termasuk penangkapan elektron), peluruhan gama, atau (dalam tingkat yang lebih rendah) konversi internal, sangat terhambat apabila satu-satunya peluruhan yang mungkin terjadi antara nuklida isobar (atau, dalam kasus 180m
73Ta, antara isomer nuklir) melibatkan perubahan spin yang besar. Perubahan spin yang "diizinkan" dan berkaitan dengan peluruhan cepat adalah 0 atau 1 untuk peluruhan beta, serta 0, 1, atau 2 untuk peluruhan gama. Hambatan peluruhan akibat spin tinggi inilah yang menyebabkan kelima nuklida berat stabil atau berumur panjang dengan proton ganjil dan neutron ganjil yang telah dibahas di atas. Sebagai contoh efek ini, jika pengaruh spin diabaikan, 180
73Ta, yang merupakan produk peluruhan ganjil–ganjil dengan spin rendah secara teoretis dari 180m
73Ta primordial, hanya memiliki waktu paruh 8,15 jam.

Banyak radionuklida ganjil–ganjil (seperti keadaan dasar 180
73Ta) dengan waktu paruh yang relatif pendek telah diketahui. Nuklida-nuklida ini hampir selalu meluruh melalui peluruhan beta positif atau beta negatif untuk menghasilkan isotop genap–genap yang stabil, yang memiliki proton-proton dan neutron-neutron yang berpasangan. Pada beberapa radionuklida ganjil–ganjil yang perbandingan proton terhadap neutronnya berada dekat dengan garis kestabilan, peluruhan dapat berlangsung ke salah satu dari dua arah: proton dapat berubah menjadi neutron, atau neutron berubah menjadi proton. Contohnya adalah 64
29Cu, yang dapat meluruh melalui emisi positron atau penangkapan elektron menjadi 64
28Ni, atau melalui emisi elektron menjadi 64
30Zn.

Dari sembilan nuklida ganjil–ganjil primordial (lima stabil dan empat radioaktif), hanya 14
7N yang merupakan isotop paling melimpah dari suatu unsur yang umum ditemukan. Hal ini karena penangkapan proton oleh 14
7N merupakan tahap yang membatasi laju dalam siklus CNO-I. 6
3Li dan 10
5B merupakan isotop minor dari unsur-unsur yang jumlahnya sendiri relatif sedikit dibandingkan unsur-unsur ringan lainnya. Sementara itu, enam isotop lainnya hanya menyumbang sebagian kecil dari kelimpahan alami unsur masing-masing. Sebagai contoh, 180m
73Ta diperkirakan merupakan nuklida stabil paling langka dari semua nuklida yang diketahui.

Tidak ada nuklida ganjil–ganjil primordial yang memiliki spin 0 pada keadaan dasarnya. Hal ini disebabkan oleh gaya tarik gaya nuklir yang lebih besar antara neutron yang tidak berpasangan dan proton yang tidak berpasangan ketika spin keduanya sejajar, sehingga menghasilkan spin total setidaknya 1 satuan, dibandingkan ketika spin keduanya berlawanan arah. Lihat deuterium sebagai contoh paling sederhana dari perilaku inti ini.

Nomor massa ganjil

Untuk setiap nomor massa ganjil tertentu, terdapat tepat satu nuklida yang stabil terhadap peluruhan beta. Tidak terdapat perbedaan energi pengikatan antara nuklida genap–ganjil dan ganjil–genap yang sebanding dengan perbedaan antara nuklida genap–genap dan ganjil–ganjil. Oleh karena itu, nuklida lain dengan nomor massa yang sama (isobar) dapat mengalami peluruhan beta menuju nuklida dengan massa terendah. Untuk nomor massa 147, 151, dan 209 ke atas, isobar yang stabil terhadap peluruhan beta dengan nomor massa tersebut telah diamati mengalami peluruhan alfa. Secara teori, nomor massa 143 hingga 155, 160 hingga 162, dan 165 ke atas juga dapat mengalami peluruhan alfa. Dengan demikian, terdapat total 101 nuklida stabil dengan nomor massa ganjil. Selain itu, terdapat sembilan nuklida primordial radioaktif dengan nomor massa ganjil.

Nuklida dengan nomor massa ganjil merupakan fermion, yaitu memiliki spin setengah bilangan bulat. Secara umum, karena nuklida dengan nomor massa ganjil selalu memiliki jumlah neutron atau proton yang genap, partikel-partikel yang jumlahnya genap tersebut biasanya membentuk bagian dari "inti dasar" dalam inti atom dengan spin 0. Nukleon yang tidak berpasangan dan jumlahnya ganjil (baik proton maupun neutron) kemudian bertanggung jawab atas spin inti. Spin inti tersebut merupakan jumlah dari momentum sudut orbital dan momentum sudut spin nukleon yang tidak berpasangan tersebut.

Nuklida stabil dengan nomor massa ganjil terbagi (secara kasar dalam jumlah yang seimbang) menjadi nuklida proton ganjil–neutron genap dan nuklida neutron ganjil–proton genap, yang akan dibahas lebih lanjut di bawah.

Ganjil–genap (proton ganjil, neutron genap)

Ke-48 nuklida stabil ini distabilkan oleh jumlah neutronnya yang genap dan berpasangan. Nuklida-nuklida tersebut membentuk sebagian besar isotop stabil dari unsur-unsur dengan nomor atom ganjil; hanya sedikit nuklida ganjil–ganjil yang menjadi sisanya. Terdapat 41 unsur bernomor atom ganjil dengan Z = 1 hingga 81. Dari jumlah tersebut, 30 unsur (termasuk hidrogen, karena nol merupakan bilangan genap) memiliki satu isotop stabil bertipe ganjil–genap. Unsur teknesium (₄₃Tc) dan prometium (₆₁Pm) tidak memiliki isotop stabil. Sementara itu, sembilan unsur: klorin (₁₇Cl), kalium (₁₉K), tembaga (₂₉Cu), galium (₃₁Ga), bromin (₃₅Br), perak (₄₇Ag), antimon (₅₁Sb), iridium (₇₇Ir), dan talium (₈₁Tl), masing-masing memiliki dua isotop stabil bertipe ganjil–genap. Contoh nuklida paling ringan dari jenis ini adalah 1
1H (protium), sedangkan yang paling berat adalah 205
81Tl. Selain itu, terdapat lima isotop primordial radioaktif bertipe ganjil–genap, yaitu 87
37Rb, 115
49In, 187
75Re, 151
63Eu, dan 209
83Bi. Dua isotop terakhir baru diketahui relatif baru-baru ini dapat mengalami peluruhan alfa, dan keduanya memiliki waktu paruh lebih dari 10¹⁸ tahun.

Genap–ganjil (proton genap, neutron ganjil)

Ke-53 nuklida stabil ini memiliki jumlah proton genap dan jumlah neutron ganjil. Berdasarkan definisi, semuanya merupakan isotop dari unsur dengan Z genap, yang jumlahnya lebih sedikit dibandingkan isotop genap–genap, yang jumlahnya sekitar tiga kali lebih banyak. Dari 41 unsur dengan Z genap yang memiliki nuklida stabil, hanya dua unsur (argon dan serium) yang tidak memiliki nuklida stabil genap–ganjil. Satu unsur (timah) memiliki tiga nuklida genap–ganjil. Terdapat 24 unsur yang masing-masing memiliki satu nuklida genap–ganjil dan 13 unsur yang masing-masing memiliki dua nuklida genap–ganjil. Contoh nuklida paling ringan dari jenis ini adalah 3
2He, sedangkan yang paling berat adalah 207
82Pb.

Dari 35 radionuklida primordial yang diketahui, terdapat tiga nuklida genap–ganjil (lihat tabel di sebelah kanan), termasuk 235
92U yang bersifat fisil. Karena memiliki jumlah neutron yang ganjil, nuklida genap–ganjil cenderung memiliki penampang lintang penangkapan neutron yang besar. Hal ini berkaitan dengan energi yang dihasilkan dari efek pasangan neutron.

Nuklida genap–ganjil yang stabil ini cenderung lebih jarang ditemukan di alam. Secara umum, hal ini terjadi karena untuk terbentuk dan berkontribusi terhadap kelimpahan primordial, nuklida tersebut harus terhindar dari penangkapan neutron yang akan menghasilkan isotop genap–genap stabil lainnya. Oleh karena itu, nuklida genap–ganjil kurang disukai selama proses s dalam nukleosintesis di bintang. Karena alasan tersebut, hanya 195
78Pt (yang hampir seluruhnya merupakan hasil proses r) dan 9
4Be yang menjadi isotop paling melimpah secara alami dari masing-masing unsurnya. 195
78Pt hanya unggul dengan selisih kecil, sedangkan 9
4Be menjadi isotop paling melimpah karena 8
4Be yang seharusnya terbentuk memiliki energi pengikatan lebih rendah daripada dua partikel alfa, sehingga segera mengalami peluruhan alfa.

Jumlah neutron ganjil

Aktinida dengan jumlah neutron ganjil pada umumnya bersifat fisil dengan neutron termal, sedangkan aktinida dengan jumlah neutron genap pada umumnya tidak bersifat fisil dengan neutron termal, meskipun dapat mengalami fisi jika ditembak dengan neutron cepat. Hanya 9
4Be, 14
7N, dan 195
78Pt yang memiliki jumlah neutron ganjil dan sekaligus merupakan isotop yang paling melimpah secara alami dari masing-masing unsurnya.

Referensi