Belajar-KimiaPenentuan 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).
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.
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.
