Pengantar Kimia Komputasi

Rangkuman Konsep Pengantar Kimia Komputasi

1.      Pendahuluan

Kimia komputasi tidak dapat dilepaskan dengan pengertian pemodelan molekul. Pemodelan molekul dengan menggunakan teknik komputasi dimaksudkan untuk menghasilkan data sifat struktur suatu senyawa yang dapat melengkapi data eksperimen dalam upaya memahami system kimia. Ruang lingkup kimia komputasi menyangkut simulasi dinamika molekul, mekanika statistik, sifat struktur, HKSA, mekanisme reaksi, hubungan energy dan struktur, visualisasi molekul dan interaksi molekul.

2.      Metode Kimia Komputasi

Metode kimia komputasi secara garis besar dibedakan atas mekanika molekul dan metode struktur elektronik. Mekanika molekul didasarkan pada mekanika klasik dan dapat digunakan untuk menentukan sifat senyawa yang mempunyai massa molekul besar. Metode struktur elektronik dapat berupa ab initio, semiempiris, post-SCF, dan DFT. Ketiga metode ini dapat menentukan sifat senyawa yang didominasi oleh peran elektron seperti muatan atom dan spectra UV, dan sifat penting lain dari system kimia. Namun demikian metode struktur elektronik ini memerlukan kemampuan computer yang tinggi.

3.      Mekanika Molekul

Metode mekanika molekul sangat bermanfaat untuk digunakan dalam memodelkan senyawa dengan massa molekul besar. Kelemahan metode ini adalah tidak dapat menjelaskan fenomena kimia yang sangat bergantung pada perilaku elektron dan medan gaya sangat spesifik digunakan untuk jenis senyawa tertentu. Kelebihan metode ini adalah dapat dilakukan dengan cepat dan tidak memerlukan kapasitas komputer yang handal.

4.      Mekanika Molekul

Metode ab initio merupakan metode paling baik dalam prediksi sifat senyawa dibandingkan dengan metode semiempiris maupun mekanika molekul. Sifat senyawa seperti muatan atom neto, dipole, spectra UV, NMR dan IR dapat ditentukan dengan metode ini. Keberhasilan penggunaan metode ini bergantung pada pemilihan himpunan basis yang sesuai untuk masalah yang sedang dikaji. Kelemahan dari metode ini adalah keperluan yang besar akan waktu komputasi, media simpan dan memori computer.

5.      Kimia Kuantum Semiempiris

Metode semiempiris dibedakan atas dasar pendekatan parameterisasi data eksperimen dan penyederhanaan perhitungan integral dalam prosedur SCF. Pada umumnya metode ini baik cukup baik dalam memprediksi sifat molekul. Untuk keperluan khusus, seperti analisis spektra, harus dilakukan pemilihan metode semiempiris yang parameterisasinya didasarkan pada data spektroskopi.

6.      Metode Korelasi Elektron dan Teori Fungsi Kerapatan, DFT

Metode korelasi elektron memberikan arti sebagai koreksi terhadap perhitungan ab initio, karena itu sering dinamakan dengan metode post-SCF. Pemilihan metode korelasi elektron sangat bergantung pada masalah kimia yang akan dikaji. Jika pengaruh korelasi elektron diperkirakan kecil, maka dapat dilakukan perhitungan dengan metode ab initio untuk UHF (sel terbuka) saja, karena akan memberikan waktu perhitungan yang kecil dengan keakuratan yang tidak berbeda secara signifikan dengan hasil perhitungan korelasi elektron. Perhitungan prediksi sifat kimia dari suatu system kimia sangat baik jika dilakukan dengan metode DFT dengan menggunakan himpunan basis yang sesuai untuk sistem yang dikaji.

7.      Hubungan Kuantitatif Struktur dan Aktivitas

QSAR merupakan salah satu bidang kajian kimia yang menghubungkan sifat struktur dengan aktivitas obat suatu senyawa. Kimia komputasi dapat memberikan sumbangan data predictor teoritis seperti muatan atom, dipole dan spectra senyawa untuk digunakan sebagai  masukan dalam menghasilkan persamaan QSAR. Jika persamaan QSAR telah dihasilkan, maka kita dapat mendesain suatu senyawa dengan aktivitas tertentu dan memberikan prediksi tersebut kepada ilmuwan sintesis untuk mensintesis senyawa tersebut.

8.      Desain Senyawa Obat

Kimia komputasi dan secara umum pemodelan molekul memberikan peluang besar untuk dapat menemukan dan mendesain molekul obat baru yang memiliki aktivitas lebih tinggi dari senyawa obat yang telah dikenal. Kemampuan computer grafis untuk menggambarkan secara detail interaksi senyawa obat dengan reseptornya akan dapat memberikan prediksi yang sangat memadai dalam memberikan usulan senyawa baru yang lebih potensial.

9.      Simulasi Monte Carlo dan Dinamika Molekular

Simulasi Monte Carlo menitik beratkan pada penentuan struktur suatu sistem kimia dalam keadaan paling stabil tanpa dapat menggambarkan proses terjadinya pencapaian keadaan stabil tersebut. Simulasi dinamika molecular mampu menjelaskan dan memberikan gambaran tentang proses suatu sistem kimia dalam mencapai keseimbangan sistem.

10.  Pemodelan Solvasi

Pemodelan solvasi merupakan penerapan kimia komputasi yang dapat memberikan keunikan bagi peneliti untuk mengembangkan pendekatan teoritikal yang sedapat mungkin sesuai dengan keadaan eksperimental. Berbagai metode pemodelan solvasi selalu diarahkan agar dapat mengakomodasi semua interaksi antar molekul yang terjadi dalam sistem kimia yang sedang dipelajari.

11.  Pemodelan Spektroskopi

Analisis spectra senyawa dapat dilakukan dengan baik atas dasar hasil perhitungan kimia komputasi. Hal ini sangat membantu dalam mengelusidasi struktur senyawa organic yang memiliki struktur cukup rumit seperti yang terdapat dari senyawa bahan alam. Spectra UV-Vis, NMR, dan IR sangat esensial dalam proses penentuan struktur senyawa organic.

Untuk materi lebih lengkap dapat dibaca di buku:

Pengantar Kimia Komputasi

Prof. Dr. Harno Dwi Pranowo

Prof. Dr. Abdul Kadir Rukman Hetadi

Perkembangan Teori Atom

Perkembangan Teori Atom

Atom adalah bagian terkecil dari suatu zat yang tidak dapat dibagi-bagi lagi.

Teori Dalton

Atom menurut Dalton adalah sebagai berikut:

1.      Atom digambarkan sebagai bola pejal yang sangat kecil

2.      Atom merupakan partikel terkecil yang tidak dapat dipecah lagi

3.     Atom suatu unsur sama memiliki sifat sama, sedangkan atom unsure berbeda, berlainan dalam massa dan sifatnya

4.      Senyawa terbentuk jika atom bergabung satu sama lain

5.   Reaksi kimia hanya melibatkan penataan ulang atom-atom, sehingga tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia

Kelemahan:

Menurut teori atom Dalton nomor 5, tidak ada atom yang berubah akibat reaksi kimia. Kini ternyata dengan reaksi kimia nuklir suatu atom dapat berubah menjadi atom lain.

Teori J.J Thomson

Dalam atom terdapat elektron-elektron yang tersebar secara merata dalam bola bermuatan positif. Jumlah muatan positif sama dengan muatan negatif, sehingga atom bersifat netral.

Teori Rutherford

Dalam atom terdapat inti atom yang bermuatan positif, berukuran jauh lebih kecil daripada ukuran atom, tetapi massa atom hampir seluruhnya berasal dari massa intinya.

Kelemahan:

Ketidakmampuan untuk menerangkan mengapa elektron tidak jatuh ke inti atom akibat gaya tarik elektrostatis inti terhadap elektron.

Teori Atom Bohr

Atom terdiri dari inti atom yang merupakan pusat massa dan muatan positif, sedangkan elektron yang bermuatan negatif berputar mengelilingi inti atom pada tingkat energi tertentu (lintasan tertentu).

Secara lebih rinci pokok-pokok model atom menurut Bohr adalah sebagai berikut.

1.        Dalam atom terdapat lintasan stasioner dengan tingkat energy tertentu dan elektron dapat beredar mengitari inti tanpa disertai pemancaran atau penyerapan energy. Lintasan itu disebut dengan kulit atom, adalah orbit berbentuk lingkaran dengan jari-jari tertentu.

2.     Dengan menyerap energy dari lingkungannya, elektron dapat berpindah dari lintasan berenergi rendah (lintasan lebih dalam)  ke lintasan berenergi lebih tinggi (lintasan lebih luar). Sebaliknya, energy dilepaskan bila elektron berpindah dari lintasan berenergi lebih tinggi ke lintasan yang berenergi lebih rendah.

Kelemahan : Model atomnya tidak dapat menjelaskan spectrum atom atau elektron berelektron banyak

Teori Atom Modern

1.   Louis Victor de Broglie, menyatakan bahwa materi mempunyai dualisme sifat yaitu sebagai materi dan sebagai gelombang.

2. Werner Heinsberg, mengemukakan ketidakpastian materi yang bersifat sebagai partikel dan gelombang. Menurut prinsip ini momentum dan kedudukan elektron tidak dapat ditentukan secara bersamaan. Jarak atau letak elektron-elektron yang mengelilingi inti hanya dapat ditentukan dengan kemungkinan-kemungkinan saja.

3.   Erwin Schrodinger, menyatakan bahwa elektron-elektron yang mengelilingi inti terdapat di dalam suatu orbital yaitu daerah tiga dimensi di sekitar inti dimana elektron dengan energy tertentu dapat ditemukan dengan kemungkinan terbesar. Orbital dapat digambarkan sebagai awan elektron, yaitu bentuk-bentuk ruang dimana suatu elektron kemungkinan ditemukan. Semakin rapat awan elektron maka semakin besar kemungkinan elektron ditemukan dan sebaliknya.

Sang Penyair

“Aku akan bahagia karena aku adalah Sang Penyair. Seorang penyair bersandiwara dengan fitrahnya. Ia akan merasakan kenikmatan dengan memakai pakaian yang bukan jubahnya, menampakkan perasaan jiwa yang bukan suara hatinya. Ia berperan sebagai orang gila, padahal dia orang yang cerdas. Berperan sebagai pemberani, padahal ia pengecut. Berperan bahagia, padahal ia … menderita. Ia akan juga bisa berperan sebagai pecinta, yang menekan getaran cinta di hati untuk kebahagiaan orang lain.

Dia akan mendengar suara kalbuku yang terucap dari mulutmu, merasakan jiwa dan ruhku dari tubuhmu. Meminum perasaan sukmaku dari gelasmu, menyanyikan irama laguku, tetapi dari kenyaringan suaramu.”

Kutipan dari novel : Sang Penyair

Karya dari Mustafa Luthfi El Manfaluthi

Pola Pikir Pra-Sekolah

Emak dulu ingin anak-anaknya sekolah. Dia sendiri tak pernah sekolah. Jadi, ia memiliki semacam “dendam”, bahwa anak-anaknya harus sekolah.

Tak ada sekolah di kampung kami saat anak laki-laki Emak memasuki usia sekolah. Emak memutuskan untuk mengirim anaknya ke kampung lain, jaraknya 3 hari berkayuh sampan dari kampung kami. Emak rela berkayuh 3 hari untuk sekedar mengirim anaknya masuk SD.

Kelak kampung kami punya sekolah. Orang-orang bergotong royong membangun sekolah. Ayah termasuk salah satu yang memotori pembangunan sekolah ini. Guru didatangkan, digaji dengan sumbangan yang dikumpulkan sekadarnya dari orang-orang kampung. Guru ini kelak menjadi menantu Ayah.

Saat anaknya tamat SD, Emak mengirim anaknya sekolah ke kota. Tindakan itu termasuk yang pertama kali terjadi dalam sejarah kampung kami. Anak-anak Emak yang lain mendapat giliran. Begitu tamat SD, dikirim melanjutkan sekolah ke kota.

Langkah Emak ini kemudian diikuti banyak orang kampung. Mereka mengirim anak-anaknya sekolah ke kota setamat mereka dari SD. Banyak dari mereka yang berhasil. Macam-macam jadinya setelah mereka sekolah ke kota.

Ada yang jadi guru, pegawai pemerintah, karyawan swasta, atau jadi pengusaha. Banyak dari mereka yang berhasil membebaskan diri dan orang tua dari belitan kemiskinan.

Tapi tak semua berhasil. Ada yang putus sekolah. Ada yang hanya menghamburkan harta orang tuanya yang tak seberapa di kota. Mereka hanya mendapat gaya hidup orang kota secara semu, gagal memanfaatkan kota sebagai tempat belajar.

Sebagian kembali ke kampung dengan tangan hampa. Ada pula yang bertahan di kota, hidup sebagai orang pinggiran.

Apa yang membedakan semua ini? Pola pikir! Waktu mengirim kami sekolah, Emak tak pernah mengajarkan bahwa sekolah akan mengubah segalanya.

“Bukan sekolah yang akan mengubah kau, tapi tanganmu!” itu pesan Emak selalu.

Artinya, sekolah hanyalah tempat belajar. Tapi hanya orang yang memang siap belajar yang akan dapat belajar. “Masuk sekolah itu, buka mata buka telinga, lapangkan pikiran. Kalau masuk sekolah sekadar ulang alik pulang pergi, isi kepala kau akan tetap kosong.”

Ada satu lagi yang sering diomelkan Emak, soal tipu daya kota. “Jangan kau lihat macam megah saja kota itu. Tipu daya semua itu. Kau tengok anak-anak orang kaya, lalu kau pun nak berlagak macam mereka. Itulah awal kehancuran kau. Ingat selalu, kita ini orang miskin. Kita baru nak berjuang untuk berhenti jadi orang miskin. Jangan tipu diri dengan berlagak macam orang kaya,” kata Emak berulang-ulang.

Tiba masa libur sekolah, tak ada kesempatan berleha-leha ke kota. Pulang kampung. Apa dibuat? Kerja kebun.

“Dah puas lah kau melenakan badan selama sekolah. Waktu libur, gerakkan badan itu, supaya jangan jadi daging mati.”

Pernah suatu saat waktu libur sekolah, setiap hari saya kerja di kebun. Bahkan paman yang tinggal agak jauh dari rumah kami pun tak tahu bahwa saya pulang. Berbeda betul dengan beberapa anak kampung yang lain. Kalau mereka pulang musim libur, jadi riuh rendahlah kampung oleh polah mereka. Macam-macam saja perayaan yang mereka buat. Mereka pulang laksana para pembesar negeri yang sedang pulang berlibur.

Pesan Emak itu abadi. Waktu saya hendak berangkat kuliah ke Yogya, pesan itu diulang-ulang terus, sampai saya sudah menjinjing tas hendak menuju ke bandara.

Di Yogya saya saksikan hal-hal yang sama. Banyak anak orang kaya dikirim sekolah. Lagaknya membuat heboh. Kalau tiba masa liburan, kami pulang bersama-sama. Selama perjalanan, kapal jadi riuh rendah oleh polah mereka. Tapi begitulah. Tak sedikit dari mereka ini yang kemudian gagal. Pulang kampung dengan tangan hampa.

Jadi, pelajaran penting dari Emak, sekolah itu penting. Tapi yang lebih penting lagi adalah menyiapkan atau membangun pola pikir. Pola pikir itu yang akan menentukan tingkah laku. Ia akan menentukan gagal atau suksesnya kita.

Tulisan Hasanudin Abdurakhman lain bisa dibaca juga dihttp://abdurakhman.com

Sumber : www.kompas.com