Kinetika Reaksi pada Penanggalan Radiometrik

Penanggalan radiometrik atau penanggalan radioaktif adalah teknik yang digunakan untuk mengetahui usia pada berbagai benda, yang biasanya didasarkan pada perbandingan antara jumlah banyaknya isotop radioaktif alami yang ada dengan produk-produk hasil peluruhannya, dengan menggunakan tingkat peluruhan yang telah diketahui.

Penanggalan Radiometrik

Penanggalan radiometrik atau penanggalan radioaktif adalah teknik yang digunakan untuk mengetahui usia pada berbagai benda, yang biasanya didasarkan pada perbandingan antara jumlah banyaknya isotop radioaktif alami yang ada dengan produk-produk hasil peluruhannya, dengan menggunakan tingkat peluruhan yang telah diketahui. Teknik ini merupakan sumber utama atas informasi mengenai umur absolut dari bebatuan dan fitur-fitur geologi lainnya, termasuk usia bumi, dan dapat pula digunakan untuk menentukan usia berbagai bahan alami serta bahan-bahan buatan manusia.

Penanggalan radiometrik digunakan untuk penanggalan tanggal benda-benda arkeologi, misalnya pada artefak-artefak kuno, memperkirakan usia bumi, batuan fosil, mumi dan forensik pada mayat. Terdapat beberapa varian penanggalan radiometrik, yang paling terkenal yaitu penanggalan radiokarbon, penanggalan karbon-uranium, potassium-argon, uranium-timah. Berbagai metode penanggalan radiometrik ini memiliki variasi atas skala waktu artinya metode-metode tersebut akan akurat mengikuti jenis sampel yang akan diuji.

Gambar 1. Jenis Radioisotop Uranium dan Karbon

Penanggalan Karbon

Penanggalan karbon atau carbon dating merupakan teknik pengukuran usia organisme seperti fosil, kayu dan arang serta artefak yang mengandung bahan organik. Teknik ini akurat pada organisme hidup hingga 50.000 tahun. Penanggalan karbon mengukur usia organisme berdasarkan perbandingan jumlah radioisotop karbon-14 (14C) dan yang telah luruh. Waktu paruh dari total keseluruhan karbon-14 adalah 5730 tahun. 

Karbon-14 merupakan radioisotop secara alami terdapat pada material organik atau organisme. Isotop karbon yang terdapat di alam yaitu; 1) karbon-12 yang bersifat stabil dan berjumlah 99%, 2) karbon-13 bersifat stabil dengan jumlah 1% dan 3) karbon-14 yang bersifat tidak stabil atau radioaktif dengan jumlah yang sangat kecil. Perbedaan antara karbon-12, karbon-13 dan karbon-14 adalah jumlah neutron, masing-masing yaitu 6, 7 dan 8. 

Gambar 2. Ilustrasi keberadaan dan peluruhan radioisotop karbon

Karbon-14 diproduksi pada lapisan troposfer dan stratosfer oleh neutron termal yang diserap oleh atom Nitrogen. Isotop karbon-14, sama seperti karbon-12 akan berikatan dengan atom karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan atom lainnya. Oleh karena itu, isotop karbon-14 ikut dalam proses fotosintesis, respirasi dan metabolisme pada organisme hidup. Selain itu, karbon-14 juga ikut mengendap dalam reservoir karbon seperti lautan, udara dan tanah. Serta karbon-14 ikut ke dalam siklus karbon Bumi. Pada organisme hidup jumlah isotop karbon akan terus terbentuk. Namun, saat organisme tersebut mati maka karbon-12 dan karbon-13 berhenti terbentuk dan menyisakan karbon-14. Karbon-14 pada organisme mati akan mengalami peluruhan. Karbon-14 mengalami peluruhan beta melalui persamaan berikut: 146C → 147 N + e + ve + 156.5 keV. Peluruhan karbon-14 akan memancarkan elektron (e) dan elektron antineutrino (ve) sehingga meluruh menjadi isotop nitrogen-14 (14N) yang stabil.

Penanggalan Uranium

Penanggalan uranium atau uranium dating merupakan teknik penentuan usia batuan atau mineral yang berusia jutaan hingga milyaran tahun. Radioisotop yang digunakan adalah Uranium-238 (238U), yang merupakan isotop uranium paling banyak ditemukan di alam 99%. Waktu paruh dari total peluruhan uranium-238 yaitu 4,5 miliar tahun. Uranium-238 akan meluruh menjadi Timbal-206 melalui beberapa tahapan (selengkapnya dapat dilihat pada: https://id.wikipedia.org/wiki/Uranium-238). Proses peluruhan uranium-timbal yang cukup panjang ini menjadikan cukup akurat untuk digunakan.

Konsep dasar kinetika reaksi pada penanggalan radiometrik

Peluruhan radioisotop mengikuti hukum peluruhan eksponensial, termasuk peluruhan karbon-14 dan uranium-238. Hukum peluruhan eksponensial dituliskan melalui persamaan berikut (Gambar 3). Jumlah isotop saat ini ditandai dengan banyaknya jumlah isotop hasil peluruhan. Dilihat dari persamaan tersebut, hukum peluruhan radioaktif mengikuti kinetika reaksi orde satu. Dimana laju peluruhan radioisotop hanya bergantung pada jumlah isotop yang tersisa. 

Gambar 3. Persamaan Hukum Peluruhan Radioaktif (dalam Media Pembelajaran PPT Kimia UMRI, 2024).

Faktor yang mempengaruhi kinetika reaksi peluruhan radioisotop yaitu:

  1. Jenis Isotop

Setiap isotop memiliki konstanta peluruhan yang unik, sehingga akan menunjukkan waktu paruh yang berbeda-beda. Seperti; karbon-14 dengan waktu paruh 5730 tahun dan uranium-238 4,5 milyar tahun. 

  1. Stabilitas Inti Atom

Inti atom yang lebih besar atau memiliki jumlah neutron yang berlebih biasanya kurang stabil dan lebih cenderung meluruh, namun waktu peluruhannya akan panjang. 

  1. Energi Ikatan Inti

Energi ikatan inti yang rendah pada suatu isotop tertentu membuat inti lebih rentan untuk meluruh. 

  1. Kondisi eksternal pada proses peluruhan radioisotop

Kondisi eksternal yang dimaksud adalah kondisi lingkungan dari radioisotop berada. Misal karbon-14 adanya kontaminasi dari bahan organik yang baru dan perubahan kadar karbon-14 di atmosfer dapat mempengaruhi penanggalan karbon. Sedangkan pada uranium-238 adanya kebocoran uranium ataupun timbal dari batuan mineral lainnya dari proses pelapukan akan mempengaruhi penanggalan uranium. 

Kondisi perubahan suhu dan tekanan geologis pada Bumi bukanlah menjadi faktor yang mempengaruhi kinetika peluruhan radioisotop.

Menanggapi kasus penarikan artikel ilmiah Natawidjaja, et al., 2023 ada baiknya dalam penelitian tersebut, menggunakan combo penanggalan karbon-uranium dalam pengukuran usia Situs Gunung Padang. Dimana penanggalan uranium akan mengkonfirmasi dengan jelas usia batuan maupun sampel tanah pada piramida Gunung Padang.

Artikel ini ditulis oleh: Meidita Kemala Sari, Dwi Muthia Sari, Jelita Aprilia Basta dan Rivaldo Mahmud

Referensi

Atkins, P., de Paula, J., and Keeler, J., 2010, Atkin’s Physical Chemistry, 9th edn, Oxford University Press, Oxford. 

Natawidjaja, D.H., Bachtiar, A., Nurhandoko, B.E.B., Akbar, A., Purajatnika, P., Daryono, M.R., Wardhana, D.D., Subandriyo, A.S., Krisyunianto, A., Tagyuddin, T., Ontowiryo, B., and Maulana, Y., 2023, RETRACTED: Geo-archeological prospecting of Gunung Padang buried prehistoric pyramid in West Java, Indonesia, Archeological Prospection, 31: O1 – O25. https://doi.org/10.1002/arp.1912

Parui, K., Nayak, A., Hadiyal, K., and Sahu, S., 2019, Age Determination by Radiometric Dating, Nuclear & Particle Physics, Vellore Institute of Technology. 

Siregar, D., dan Dewi, K.T., 2014, Analisis Pentarikhan Radiokarbon untuk Penentuan Fluktuasi Muka Laut di Sebelah Utara Pulau Bangka, Jurnal Geologi Kelautan, 12(3), 135-144.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Scroll to Top