Kalium-40

Kalium-40, ⁴⁰K

Umum
Simbol	40K
Nama	kalium-40, K-40
Proton (Z)	19
Neutron (N)	21
Data nuklida
Kelimpahan alam	0,0117%
Waktu paruh (t1/2)	1,248×109 y[1]
Isotop induk	Primordial
Produk peluruhan	40Ca (β−) 40Ar (EC, γ; β+)
Massa isotop	39,963998[2] u
Spin	4−
Surplus energi	−33.505 keV
Energi pengikatan	341.523 keV
Mode peluruhan
Mode peluruhan	Energi peluruhan (MeV)
β−	1,3109[3]
EC	1,5044[3]
Isotop kalium Tabel nuklida lengkap

Kalium-40 (⁴⁰K) merupakan isotop radioaktif alami utama dari unsur kalium yang memiliki waktu paruh sangat panjang, yaitu sekitar 1,248 miliar tahun. Isotop ini menyusun sekitar 117 ppm dari kalium alami, sehingga kalium alami bersifat radioaktif, meskipun tingkat radioaktivitasnya sangat lemah. Waktu paruh tersebut jauh lebih pendek dibandingkan usia Bumi, sehingga fraksi ⁴⁰K pada awal sejarah Bumi jauh lebih besar daripada saat ini.

⁴⁰K mengalami empat jalur peluruhan radioaktif yang berbeda, mencakup ketiga jenis utama peluruhan beta:

• Emisi elektron (β⁻) menjadi ⁴⁰Ca dengan energi peluruhan 1,31 MeV, dengan probabilitas 89,6%
• Penangkapan elektron (EC) menjadi ⁴⁰Ar^*, kemudian diikuti oleh peluruhan gama yang memancarkan foton^{[Catatan 1]} berenergi 1,46 MeV, dengan probabilitas 10,3%
• Penangkapan elektron langsung ke keadaan dasar ⁴⁰Ar, dengan probabilitas 0,1%^[4][5][6]
• Emisi positron (β⁺) menjadi ⁴⁰Ar, dengan probabilitas 0,001%^[7]

Kedua bentuk peluruhan melalui penangkapan elektron juga menghasilkan foton tambahan.^{[Catatan 2]} Foton-foton ini dipancarkan ketika elektron dari kulit atom bagian luar berpindah mengisi kekosongan pada kulit bagian dalam yang ditinggalkan oleh elektron yang ditangkap oleh inti atom. Energi total peluruhan menuju argon adalah sekitar 1,51 MeV.^[8]

Peluruhan EC dari ⁴⁰K menjelaskan melimpahnya argon (sekitar 1%) di atmosfer Bumi, serta mengapa ⁴⁰Ar jauh lebih dominan dibandingkan isotop-isotop argon lainnya.

Penanggalan kalium–argon

⁴⁰K memiliki peran yang sangat penting dalam penanggalan kalium–argon (K–Ar). Argon merupakan gas mulia yang pada umumnya tidak bereaksi atau membentuk senyawa dengan unsur lain. Oleh karena itu, ketika suatu mineral terbentuk – baik dari batuan cair (magma) maupun dari zat-zat yang terlarut dalam air – mineral tersebut pada awalnya tidak mengandung argon, meskipun terdapat argon di lingkungan sekitarnya. Namun, apabila mineral tersebut mengandung sejumlah kecil kalium, maka peluruhan isotop ⁴⁰K akan menghasilkan ⁴⁰Ar yang baru terbentuk dan tetap terperangkap di dalam mineral tersebut. Karena laju perubahan ⁴⁰K menjadi ⁴⁰Ar telah diketahui, maka umur sejak mineral itu terbentuk dapat ditentukan dengan mengukur perbandingan jumlah atom ⁴⁰K dan ⁴⁰Ar yang terdapat di dalamnya.

Argon yang terdapat di atmosfer Bumi terdiri atas sekitar 99,6% ⁴⁰Ar. Sebaliknya, argon yang terdapat di Matahari – dan kemungkinan juga pada materi awal yang membentuk planet-planet – sebagian besar berupa ³⁶Ar, sedangkan ³⁸Ar jumlahnya kurang dari 15%. Hal ini menunjukkan bahwa sebagian besar argon di atmosfer Bumi berasal dari peluruhan ⁴⁰K menjadi ⁴⁰Ar yang kemudian keluar dari batuan dan akhirnya terakumulasi di atmosfer.

Kontribusi terhadap radioaktivitas alami

Peluruhan ⁴⁰K di mantel Bumi merupakan sumber panas radiogenik terbesar ketiga, setelah ²³²Th dan ²³⁸U. Hingga kini, jumlah sumber-sumber radiogenik di inti luar dan inti dalam Bumi, yang berada di bawah mantel, masih belum diketahui secara pasti. Namun, telah diusulkan bahwa radioaktivitas yang cukup besar di inti Bumi (1–2 TW) mungkin disebabkan oleh tingginya kandungan U, Th, dan K.^[9][10]

⁴⁰K merupakan sumber terbesar radioaktivitas alami pada hewan, termasuk manusia. Tubuh manusia dengan massa sekitar 70 kg mengandung sekitar 140 g (atau 126 g^[11]) kalium, sehingga mengandung sekitar 140 g × 0,0117% * (39,96/39,10) ≈ 16,7 mg ⁴⁰K.^[12] Peluruhan isotop ini menghasilkan sekitar 3.850^[13] hingga 4.300^[14] peluruhan radioaktif per detik (becquerel) secara terus-menerus sepanjang hidup orang dewasa (dan jumlahnya lebih sedikit pada anak-anak karena kandungan kaliumnya lebih rendah).^{[Catatan 3][15]} Konsentrasi normal ⁴⁰K di dalam tubuh manusia setara dengan sekitar 55 Bq per kilogram, yang memberikan dosis efektif sekitar 0,2 mSv per tahun ke seluruh tubuh. Ini merupakan sumber radiasi internal terbesar bagi manusia, diikuti oleh sekitar 0,12 mSv per tahun yang berasal dari nuklida dalam rantai peluruhan uranium dan torium, serta sekitar 12 μSv per tahun yang berasal dari ¹⁴C.^[11]

Dosis ekuivalen pisang

⁴⁰K is terkenal karena penggunaannya dalam konsep dosis ekuivalen pisang, yaitu satuan tidak resmi yang digunakan terutama dalam pendidikan untuk membandingkan dosis radiasi dengan jumlah radiasi yang diterima seseorang setelah memakan satu buah pisang. Apabila sebuah pisang dengan berat 120 gram mengandung 350 mg kalium per 100 gram, maka pisang tersebut mengandung sekitar 420 mg kalium. Jika tubuh manusia mengandung sekitar 126 gram kalium, dan kalium tersebut memberikan dosis efektif sebesar 200 μSv per tahun (seperti dijelaskan sebelumnya), maka secara teoritis kalium dalam satu buah pisang akan menambah dosis sebesar (0,420/126)200 ≈ 0,67 μSv per tahun. Perhitungan ini didasarkan pada asumsi bahwa seluruh radiasi yang dihasilkan oleh ⁴⁰K diserap oleh tubuh. Asumsi tersebut sebagian besar benar karena sebagian besar radiasi yang dipancarkan berupa radiasi beta-minus yang memiliki daya tembus sangat pendek. Apabila waktu paruh biologis kalium dianggap 38 hari (nilai ini bergantung pada jumlah kalium yang dikonsumsi setiap hari), maka dosis efektif yang terakumulasi selama periode tersebut adalah (0,67)(38/365)/ln(2)⇔0,1 μSv. Nilai sekitar 0,1 μSv inilah yang disebut sebagai "dosis ekuivalen pisang". Dengan nilai tersebut, satu dosis ekuivalen pisang setara dengan sekitar 1% dari paparan radiasi harian rata-rata yang diterima oleh penduduk Amerika Serikat.^[16] Namun, dalam kenyataannya, memakan satu buah pisang tidak benar-benar menambah dosis radiasi sebesar 0,1 μSv, karena konsentrasi kalium di dalam tubuh diatur secara ketat oleh mekanisme fisiologis. Akibatnya, kadar kalium dalam tubuh tidak akan tetap meningkat selama berminggu-minggu setelah mengonsumsi sebuah pisang.

Lihat pula

• Isotop kalium
• Radiasi alam

Catatan

Referensi

Pranala luar

• (Inggris) Table of radioactive isotopes, K-40
• (Inggris) The Lund/LBNL Nuclear Data Search
• (Inggris) Potassium-40 Section, Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas

Lebih ringan: kalium-39	Kalium-40 adalah salah satu isotop kalium	Lebih berat: kalium-41
Produk peluruhan: —	Rantai peluruhan kalium-40	Meluruh menjadi: argon-40, kalsium-40, Stabil