Ayo Belajar Penentuan Energi Permukaan - BELAJAR KIMIA

Latest

Media Belajar dan Memahami Ilmu Kimia

Thursday, December 5, 2019

Ayo Belajar Penentuan Energi Permukaan



Penentuan parameter energi permukaan seperti surface tension, surface stress, energi dalam dan lain-lain adalah pekerjaan yang sulit, hal ini terjadi karena beda metode akan menghasilkan beda parameter dan hasilnya tidak dapat dibandingkan. Parameter energi permukaan  dapat dihitung dari berbagai pendekatan. Diantaranya sebagai berikut:

Padatan Kovalen

Ikatan pada padatan kovalen didominasi oleh interaksi short-range. Energi dalam permukaan dihitung berdasarkan setengah dari energi yang diperlukan untuk memisahkan ikatan melewati cross-sectional area tertentu. Ini dinamakan nearest neighbor broken bond model. Energi bebas Gibbs permukaan tidak terlalu berbeda karena pada suhu ruang, kontribusi entropik dapat diabaikan.

Kristal Gas Mulia

Kristal gas mulia terbentuk karena gaya van der Waals, untuk menghitungnya bisa dengan eksperimen rekayasa yaitu dengan memisahkan kristal pada posisi atomic fixed. Langkah ini kemudian diikuti tahap kedua yaitu posisi molekuler ditata ulang berdasarkan suasana baru. Ini dapat dilakukan dengan simulasi komputer.

Kristal Ionik

Untuk kristal ionik pendekatan serupa dapat digunakan namun interaksi Coulomb harus juga diperhitungkan selain gaya tarik van der Waals dan tolakan Pauli. Walaupun gaya tarik van der Waals sedikit menyumbang pada energi kisi 3 dimensi, kontribusinya pada energi permukaan cukup signifikan pada kisaran 20 – 30%. Energi permukaan terhitung akan sangat tergantung pada pemilihan tertentu dari potensial antar atomik.

Logam

Untuk logam ada dua metode yang dapat digunakan untuk menghitung energi permukaan. 

(1) seperti pada kasus gas mulia dan kristal, energi permukaan dihitung berdasarkan potensial interaksi antar atom.

(2) menggunakan model pendekatan elektron bebas dalam kotak, dimana dindingnya adalah permukaan dari logam.

Surface Steps dan Cacat

Jika suatu kristal dipotong dengan sudut kecil  relatif terhadap permukaan low-index, maka permukaan akan memperlihatkan steps atau ledges yang memisahkan teras low-index. Jarak rerata steps dengan tinggi h diberikan oleh d = h/sin , dimana  sudut antar permukaan low-index dan permukaan. Jenis permukaan diatas dinamakan vicinal, gambar dibawah ini menunjukkan permukaan vicinal pada kristal kubus sederhana. Jika ada tambahan kemiringan pada bidang potong, ledges akan memiliki kink (kekusutan).

Ayo Belajar Penentuan Energi Permukaan

Permukaan riil akan selalu memperlihatkan sejumlah tertentu cacat pada suhu diatas 0 K (Pada Gambar diatas). Hal ini terjadi karena cacat memiliki energi pembentukan positif dibandingkan permukaan kristal ideal. Apa yang menstabilkan cacat ini adalah perubahan entropi akibat adanya ketidakteraturan, oleh karenanya sejumlah tertentu cacat – yang meningkat dengan peningkatan suhu – akan selalu ada.

Cacat sejalan dengan kenaikan suhu akan memicu kekasaran permukaan kristal. Perhitungan untuk permukaan low-index menghasilkan suhu transisi kekasaran diatas temperatur leleh. Alasan atas hal ini adalah energi pembentukan yang tinggi dari ledge pada permukaan low-index. Untuk permukaan vicinal dimana ledge telah ada, kekasaran dapat terjadi akibat pembentukan kink dan suhu transisi kekasaran teramati pada setengah dari temperatur leleh.

Ayo Belajar Penentuan Energi Permukaan

Tipe cacat yang penting adalah dislokasi. Dislokasi tidak stabil secara termodinamik namun secara kinetik stabil. Ada 2 jenis dislokasi primer yaitu edge dislokasi dan screw dislokasi. Edge dislokasi terkait dengan bidang tambahan (setengah) atom dalam kristal ruah. Screw dislokasi menciptakan step pada permukaan yang dimulai dari timbulnya dislokasi di permukaan.

No comments:

Post a Comment