STUDI TITIK LELEH BESI (Fe) DAN TIMBAL (Pb) MENGGUNAKAN METODE DINAMIKA MOLEKUL

Abstract

Penelitian mengenai fisika bahan merupakan hal yang penting dilaksanakan terutama apabila dikaitkan dengan desain material baru untuk berbagai tujuan aplikatif. Sebagai contoh mengetahui titik leleh suatu bahan menjadi penting apabila dikaitkan dengan studi kekuatan bahan dan desain bahan baru tahan panas. Metode dinamika molekul merupakan sebuah teknik yang digunakan untuk mensimulasi pergerakan atom-atom atau molekul dan sistem makroskopis dalam bentuk simulasi komputer selama periode waktu tertentu berdasarkan hukum fisika dinamika newton. Pada penelitian tugas akhir ini dilakukan pemodelan bahan dan penghitungan titik leleh bahan Fe dan Pb. Gambaran dari penelitian simulasi ini adalah dapat memodelkan bahan Fe dan Pb hingga dapat digambarkan struktur Kristal dan titik lelehnya melalui simulasi. Penelitian dasar ini sangat berguna untuk penelitian lebih lanjut manakala model sembarang kristal bahan diinteraksikan dengan logam cair untuk mengetahui kekuatannya salah satunya berdasarkan titik leleh. Dalam metode ini digunakan beberapa program dinamika molekul antara lain adalah Program LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator) untuk menentukan nilai titik leleh bahan, program Ovito (Open Visualization Tool) untuk menggambarkan struktur bahan ketika bahan mencapai nilai titik leleh, dan program ISAACS (Interactive Structure Analisis of Amorphous and Crystalline System) untuk menggambarkan grafik fungsi distribusi radial (RDF) yang menganalisa bentuk struktur kristal bahan melalui hubungan jarak antar dua atom dan koefisien yang menyatakan banyaknya atom pada jarak tersebut . Simulasi dilakukan untuk mendapatkan data trayektori atom yang dapat digunakan untuk menentukan nilai titik leleh bahan. Simulasi dilakukan terhadap beberapa sampel atom yaitu dimulai dari nilai kubus berdimensi 1x1x1 hingga 15x15x15. Melalui analisis grafik ini kemudian ditentukan besarnya nilai titik leleh pada simulasi atom (10x10x10 sebanyak 2.000 atom) untuk bahan Fe dan simulasi (10x10x10 sebanyak 4.000 atom) untuk bahan Pb. Hasil simulasi berupa grafik perubahan wujud bahan. Nilai titik leleh Fe berada pada nilai sebesar (1813,03 ± 70,60o)C. Nilai titik leleh Pb berada pada nilai (842,4° ± 30,85o) C. Prediksi titik leleh pada suhu tersebut baik Fe dan Pb masih perlu diverifikasi dengan melihat juga struktur kristal bahan pada suhu tersebut dengan simulasi menggunakan software Ovito. Dari data hasil visualisasi menggunakan software Ovito, terdapat informasi yang menunjukan besar nilai jumlah struktur Kristal. Pada suhu rendah nilai struktur kristal masih besar yang menunjukan bahan berada pada fase padat. Kemudian struktur kristal berkurang akibat kenaikan suhu. Suhu material mencapai yang titik leleh dan nilai struktur kristal hampir mendekati nol hal ini menunjukan bahwa hampir seluruh material telah berubah menjadi cair pada suhu titik leleh. Program ISAACS menghasilkan grafik RDF yaitu hubungan antara jarak antara dua atom dengan fungsi korelasi pada setiap atom yang berada pada jarak tersebut. Pada suhu awal simulasi 0°C bahan Fe dan Pb berada pada fase padat. Kurva memiliki banyak nilai 0 pada sumbu horisontal dikarenakan tidak ada korelasi atom pada jarak tersebut yang menyatakan bahan pada fase padat. Kemungkinan adanya atom sangat besar ketika fase bahan berada pada fase cairan di titik leleh karena struktur atom sudah tidak terikat rapi. Hal ini membuktikan bahwa pada suhu titik leleh bahan Fe dan Pb telah mencair.