Simulasi Dinamika Molekular Struktur Antarmuka (0001)?-Alumina/Air: Pengaruh Ion Ca2+ dan Mg2+ pada Penataan Molekul Air

DEWI WIJAYANTI, Dr.rer.nat. Niko Prasetyo, S.Si., M.Sc.

2024 | Skripsi | KIMIA

Simulasi dinamika molekular struktur antarmuka (0001)?-alumina/air: Pengaruh ion Mg2+ dan Ca2+ pada penataan molekul air telah dilakukan. Tujuan penelitian ini adalah mempelajari penataaan molekul air di dalam bidang alumina/air dan pengaruh ion Mg2+ dan Ca2+ terhadap perubahan struktur hidrasi yang terbentuk di bidang antarmuka alumina/air pada penataan molekul air di atas permukaan (0001)?-alumina. Analisis yang dilakukan meliputi 1d-RDF yang memuat RDF oksigen dan hidrogen terhadap alumina-air, alumina-air dengan ion acak, dan alumina-air dengan ion di dekat alumina serta RDF oksigen dan hidrogen terhadap ion Ca2+, Mg2+, dan Cl- . Analisis sudut ? air terhadap alumina. 

Simulasi menggunakan metode dinamika molekular. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sistem (0001)?-alumina/air menghasilkan 3 lapisan hidrasi yang terdefinisi dengan baik yakni pada jarak 2,2; 3; dan 4.85 Å dari permukaan alumina, secara berurutan. Lapisan hidrasi pertama dipenuhi dengan air yang berikatan hidrogen dengan oksigen pada permukaan alumina. Ion Mg2+ dan Ca2+ memiliki pengaruh terhadap penataan molekul air di atas permukaan alumina di mana ion Mg2+ memiliki pengaruh yang lebih kuat daripada ion Ca2+ , ditandai dengan sudut ? dalam sistem Mg2+ yang lebih kecil daripada Ca2+ yaitu 39 dan 49? secara berurutan. Interaksi antara ion Mg2+ dengan air lebih kuat daripada ion Ca2+ - air sehingga meminimalisir reorientasi molekul air dan mengurangi besarnya perubahan sudut ?.

Molecular dynamics simulation of the ?-alumina(0001)/water interface structure: effect of Mg2+ dan Ca2+ ion on the arrangement of water molecules has been carried out. The aims of this research is to study the arrangement of water molecules at the alumina/air interface and the effect of of Mg2+ dan Ca2+ ion on the changes in hydration structure formed at the alumina/water interface in the arrangement of water molecules on the ?-alumina(0001) surface. The analysis includes 1d-RDF containing RDF of oxygen and hydrogen with respect to aluminawater, alumina-water with random ions, and alumina-water with ions near alumina, as well as RDF of oxygen and hydrogen with respect to Ca2+, Mg2+, and Cl- ions. The analysis also examines the water angle ? with respect to alumina.

The simulation uses the molecular dynamics method. The results show that the ?-alumina(0001)/water system produces three well-defined hydration layers at distances of 2.2, 3, and 4.85 Å from the alumina surface, respectively. The first hydration layer is filled with water molecules that form hydrogen bonds with the oxygen on the alumina surface. Mg2+ dan Ca2+ ion have an effect on the arrangement of water molecules on the surface of alumina, where the Mg2+ ion has a stronger influence than the Ca2+ ion, indicated by the ? angle in the Mg2+ system being smaller than that of Ca2+, which are 39 and 49?, respectively. The interaction between the Mg2+ ion and water is stronger than the Ca2+ -water interaction, thereby minimizing the reorientation of water molecules and reducing the magnitude of the ? angle change.

Kata Kunci : Air, alumina, Ca2+, Mg2+