Tinjauan Umum
Model
Helmholtz berasumsi jika larutan yang terlibat merupakan larutan elektrolit,
dimana tidak terjadi reaksi di dekat elektroda selama proses transfer elektron.
Pada model ini, interaksi yang terjadi hanyalah interaksi Van de Waals antara larutan
dengan elektroda. Interaksi tersebut terjadi akibat adanya densitas muatan dan
elektroda yang menghasilkan kelebihan atau defisiensi elektron pada permukaan
elektroda. Untuk mempertahankan netralitas elektrik maka muatan elektroda akan
diseimbangkan melalui redistribusi ion-ion yang dekat dengan permukaan
tersebut. Ion yang tertarik tersebut selanjutnya membentuk lapisan yang
menyeimbangkan muatan permukaan. Jarak terdekat ion dengan elektroda dibatasi
oleh jari-jari ion ditambah dengan bidang solvasi disekitar ion individu. Secara
keseluruhan, muatan dan potensial dua lapis berpindah dari elektroda ke tepi
lapisan luar (bidang Helmholtz luar) yang diamati.
Model
Helmholtz merupakan dasar yang baik bagi proses antarmuka, namun model ini
tidak mempertimbangkan beberapa faktor penting antara lain difusi atau
pencampuran dalam larutan, kemungkinan adsorpsi pada permukaan dan interaksi
antara momen dipol pelarut dengan elektroda.
Model
Helmholtz ini merupakan pendekatan yang paling sederhana
berkaitan dengan muatan permukaan yang
dinetralkan oleh
konterion dengan tanda berlawanan yang terletak dengan jarak d dari permukaan.
Muatan potensial permukaan secara linier
hilang dari permukaan ke konterion dengan muatan yang sudah maksimum. Jarak (d)
akan menjadi pusat pada konterion, misalnya jari-jarinya. Penggunaan teori
Helmholtz tidak dapat menjelaskan semua fenomena, karena hipotesa tersebut
menjelaskan tentang lapisan rigid dengan muatan yang berlawanan. Hal tersebut
tidak terjadi di alam.
Gambar
1.
Representasi model Helmholtz
Model
Helmholtz pada Molekul Air
Air merupakan molekul dipolar. Ujung
atom oksigen pada molekul air membentuk ujung bermuatan negatif dan ujung atom
hidrogen membentuk ujung bermuatan positif . Akibat sifat dipol tersebut,
molekul air tertarik menuju elektroda dan berkontribusi terhadap beda potensial
pada lapisan dua lapis.
Orientasi molekul air tergantung pada
muatan permukaan logam. Jika permukaan logam bermuatan negatif maka molekul H2O
akan berorientasi dimana ujung positif (hidrogen) mengarah ke logam dan ujung
negatif (oksigen) mengarah ke muatan positif.
Molekul air tertarik menuju elektroda
logam dan berkontribusi pada beda potensial. Molekul air membentuk lapisan
teradsorp pertama pada permukaan logam. Kation yang merupakan hidrat dan
tertarik menuju permukaan logam dibatasi oleh pendekatannya pada permukaan
logam karena keberadaan molekul air pada permukaan logam. Ketika interaksi elektrostatik terjadi, ion
dari fasa larutan akan mendekati elektroda hanya sejauh jarak solvasi yang
diijinkan. Permukaan “array” ion ini kemudian terhindar dari permukaan
elektroda akibat adanya lapisan molekul pelarut. Garis yang digambarkan di
tengah kation tersolvasi pada jarak terdekat disebut dengan “bidang Helmhotz
luar”.
Anion kadang-kadang secara spesifik
teradsorb pada molekul air (pelarut), sehingga kadang-kadang pula molekul air
mengandung anion teradsorb secara spesifik. Molakul air membentuk lapisan
Helmholtz dalam. Garis yang digambarkan di tengah molekul ini disebut dengan
“bidang Helmholtz dalam”. Bidang Helmholtz luar (OHP) menunjukkan lokus pusat
elektrik dari muatan positif. Bidang ini berada pada jarak tertentu dari logam
disebabkan molekul air yang terdapat diantara permukaan logam dan ion. Bidang
Helmholtz luar (OHP) dipengaruhi secara signifikan oleh kation terhidrasi M2+
(terhidrasi).
Gambar
2.
Representasi model Helmhotz pada molekul air
Lapisan Helmholtz dan
Gouy pada larutan elektrolit
Ketika semikonduktor kontak dengan larutan elektrolit,
ditepi ruang daerah bermuatan pada semikonduktor, penambahan lapisan bermuatan
terjadi pada sisi elektrolit. Seperti pada kasus antarmuka logam-elektrolit.
Dua perbedaan lapisan lapis dua bermuatan dapat dibedakan dalam elektrolitnya
pula. Keduanya yakni lapisan Helmholtz dan Gouy. Pada Gambar 3, terdapat tiga
lapisan bermuatan, termasuk lapisan SCR pada semikonduktor.
Gambar 3. Ketiga lapisan lapis dua pada antarmuka semikonduktor-elektrolit dalam
contoh larutan NaCl
Pada
Gambar 3 tersebut terdapat tiga lapisan lapis dua pada antarmuka semikonduktor-elektrolit dalam contoh larutan NaCl, ruang daerah
bermuatan semikonduktor
dicelupkan ke
dalam larutan sebagai doping pada
semikonduktor
dan permukaan.
Jumlah permukaan dan SCR dipengaruhi oleh interaksi ion dalam larutan. Pengaruh
penambahan pada SCR akan mempunyai voltase eksternal yang diaplikasikan poda
SEI. Lebar dari SCR dapat berada pada kisaran 1000 Å dan akibatnya mempunyai
kapasitas yang relative kecil. Lapisan lapis dua Helmholtz (HL) dianggap
dibentuk oleh dua lembaran planar pada muatan. Salah satunya dapat dikarenakan
ion-ion yang teradsorpsi pada permukaan padatan (OH- pada kasusu
ini), sedangkan yang lainnya yaitu karena ion-ion dengan tanda berlawanan (Na+)
tertarik oleh ion yang teradsorpsi. HL dapat berada pada kisaran 3-5 Å. Oleh
karena itu, kapasitasnya lebih tinggi daripada kapasitas SCR. GL
mendiskripsikan daerah dalam larutan dengan elekroda dimana adanya ruang bermuatan
yang terjadi karena kelebihan ion bebas. Ion-ion tertarik ke luar HL tidak
dapat mengimbangi semua muatan dari permukaan elektroda dan medan listrik sisa
diarahkan normal terhadap hasil permukaan
dalam lapisan Gouy bermuatan.
Sumber:
http://faculty.kfupm.edu.sa/ME/hussaini/Corrosion%20Engineering/02.05.04.htm
http://web.nmsu.edu/~snsm/classes/chem435/Lab14/double_layer.html
http://www.porous-35.com/electrochemistry-semiconductors-9.html
\
v
S
Tidak ada komentar:
Posting Komentar