RESUME:

KELENGKUNGAN KETERGANTUNGAN ENERGI BEBAS PERMUKAAN TETES

CAIRAN DAN GELEMBUNG : SEBUAH STUDI SIMULASI

Penelitian ini mempelajari energi berlebih yang disebabkan oleh fase koeksistensi

cairan dengan simulasi Monte Carlo. Karakter perubahan fase koeksistensi dihitung dari

gelembung masinng-masing dari minoritas fase dekat kurva koeksistensi ke tetesan silinder

atau gelembung dan akhirnya ke konfigurasi slablike dari dua antarmuka paralel yang datar.

Kurva antarmuka fase uap dan fase cair tersebar di alam. Nanoskopik tetesan bola atau

gelembung membutuhkan kesetimbangan dipertimbangkan dalam konteks fenomena

nukleasi. Pada atom skala realistis, antarmuka antara fase agak berdifusi dan terdapat masalah

pemahaman struktur sehingga tidak sepenuhnya diselesaikan.

Dari sudut pandang termodinamika, kuantitas pusat kepentingan adalah tegangan

antarmukanya dan ketergantungan pada jari-jari kelengkungan R tetesan atau gelembung.

Tolman diperkenalkan panjang R, disebut sebagai "Panjang Tolman", untuk menggambarkan

kurva ketergantungan R, tetapi pemahaman panjang ini adalah tidak lengkap sampai

sekarang. Definisi yang berbeda dari jari-jari tetesan dimana salah satunya adalah "radius

equimolar" R, yang mengasumsikan bahwa volume dari dua fase yaitu VI, VII dan jumlah

partikelnya NI, NII yang dapat dihubungkan melalui persamaan:

V= VI + VII , N = NI + NII ,

Dengan demikian tidak ada kelebihan volume atau kelebihan jumlah partikel yang terkait

dengan antarmuka. Definisi ini menyatakan bahwa "adsorpsi antarmuka" sama dengan nol

dan dalam keseimbangan baik tahap I (cairan) dan II (uap) memiliki bahan kimia potensial

yang sama yaitu µI = µII = µ sejak mereka dapat menukarkan partikel-partikel. Untuk tetesan

bola atau gelembung, digunakan V = 4πR3/3.

Adapun diagram fase dari penelitian ini dapat digambarkan melalui kurva

kelengkungan permukaan tegangan dalam campuran simetri biner Lennard-Jones. Setelah

digambarkan kurva kelengkungan permukaannya maka dapat ditentukan tetesan versus

gelembung pada komponen tunggal fluida Lennard-Jones. Pada bagian ini, penentuan

transisi-cair uap cairan sederhana menggunakan potensi LJ oleh Schrader. Dalam hal ini

selain tetesan bola, juga mempelajari gelembung uap bulat serta tetesan dan gelembung

bentuk silinder. Sedangkan simulasi tetesan dikelilingi oleh uap benar-benar berlimpah

(seperti simulasi yang telah dicoba sejak beberapa dekade). Geometri lain telah menemukan

sedikit perhatian, sejauh ini, meskipun signifikan secara fisika. Dalam hal ini menggunakan

LJ potensial terpotong sederhana dengan perumusan sebagai berikut:

Adapun hasil dari teori fungsional kerapatan yaitu untuk cairan Lennard-Jones satu

komponen, yang ditentukan oleh potensi interaksi dalam persamaan diatas. Dimana telah

dilakukan perhitungan densitas fungsional untuk gelembung metastabil dan tetesan dalam

geometri bola. Di sini, akan dilakukan penarikan bagian dari potensi secara rata-rata- yang

dikenal dengan aturan kurangnya kuantitatif dengan simulasi untuk diagram fase atau

tegangan permukaan cair-uap. Namun, pendekatan kerapatan fungsional memungkinkan kita

untuk juga mempelajari batas dari jari-jari tetesan besar untuk memeriksa keabsahan ekspresi

asimptotik 3 dan 4, sehingga melengkapi hasil simulasinya. Seperti biasa, energi bebas

fungsional fluida dibagi menjadi bagian yang ideal dan kelebihan yakni dengan persamaan

berikut:

dengan bentuk yang tepat dari bagian yang ideal yang diberikan dari persamaan berikut:

Disini juga menggunakan panjang gelombang de Broglie, yakni melalui persamaan:

Pada penelitian ini, pendekatan simulasi komputer mengeksplorasi energi permukaan

bebas dari kelengkungan antar muka disajikan dan diterapkan untuk melakukan studi

perbandingan tetesan dari fase minoritas dalam simetris biner Lennard-Jones dan dari kedua

tetesan dan gelembung di daerah koeksistensi dua-tahap dari Lennard-Jones sederhana

cairan. Dalam kasus terakhir, baik tetesan dan gelembung bola dan bentuk silinder telah

dianalisis dengan dasar menemukan adanya perbedaan yang sistematis antara kelengkungan

ketergantungan energi bebas permukaan tetesan dan gelembung. Disamping itu, kepadatan

fungsional dari kedua tetesan dan gelembung dalam cairan sederhana dapat mendukung

observasi. Untuk campuran Lennard-Jones simetris biner tidak terjadi perbedaan. Tentu saja

hal ini terjadi karena suatu pertukaran A dan B dalam dua fase koeksistensi mengubah fasa

minoritas ke fase mayoritas, dan tetesan yang menjadi gelembung, atau sebaliknya. Sebagai

konsekuensinya tidak akan berlaku bila panjang Tolman (δ) nonzero. Untuk lebih lanjut,

ketergantungan tegangan permukaan ϒAB(R) dengan R sebagai jari-jari kelengkungan tetesan

yang tidak berisi diistilahkan dalam 1 / R, karena tanda perubahan R menunjukkan ketika

sebuah tetesan berubah menjadi gelembung. Dalam hal ini ditemukan bahwa untuk suhu jauh

di bawah kekritisan, rumus sederhananya :

 

Hal ini menunjukkan bahwa konvensional " Pendekatan Kapilaritas " dari teori

standar nukleasi klasik tidak sepenuhnya berlaku, karena pendekatan tersebut tidak

memungkinkan untuk setiap perbedaan tersebut. Juga teori seperti dari McGraw dan

Laaksonen yang berarti bahwa panjang tolman δ adalah nol dan perbedaannya ϒ(∞) – ϒ(R)

untuk 1/R2, oleh karenanya tidak konsisten dengan hasil ini. Hal ini menunjukkan bahwa

konvensional " pendekatan Kapilaritas " dari teori standar nukleasi klasik tidak sepenuhnya

berlaku, karena pendekatan tersebut tidak memungkinkan untuk setiap perbedaan tersebut.

Konsekuensi penting dari hasil penelitian ini adalah penyimpangan dari teori nukleasi

klasik untuk pengintian gelembung uap harus jelas lebih besar dibandingkan dengan tetesan

nukleasi cairan, pada radius sebanding R.