TUGAS PERTANYAAN KIMIA KOMPUTASI

 TUGAS PERTANYAAN KIMIA KOMPUTASI

Tugas Pertanyaan Kimia Komputasi

1.      Apa arti istilah kimia komputasi?

Jawab :

Kimia komputasi adalah titik kulminasi (pandangan bahwa kimia paling baik dipahami sebagai manifestasi perilaku atom dan molekul, dan ini adalah entitas nyata daripada hanya model intelektual yang mudah digunakan. Artinya segala perhitungan atau eksak menggunakan prosedur komputasi. Kimia komputasi adalah salah satu dari cabang kimia yang menggunakan hasil dari teori-teori kimia yang di terjemahkan ke dalam program komputer untuk menghitung sifat-sifat meolekul dan perubahannya.

 

2.      Pertanyaan macam apa yang bisa dijawab oleh kimia komputasi ?

Jawab :

Kimia komputasi memungkinkan seseorang untuk menghitung geometri molekuler, reaktivitas, spectrum dan sifat lainnya.

 

3.      Sebutkan alat utama yang tersedia bagi ahli kimia komputasi. Berilah penjelasan singkat (beberapa kalimat untuk masing-masing) tentang karakteristik masing-masing alat.

Jawab :

Ada 5 tools (alat) utama yaitu metode :

a.       Mekanika Molekul (MM)

·         Didasarkan pada sebuah model molekul yaitu molekul ditinjau sebagai kumpulan bola (atom) yang berkaitan bersama melalui pegas (ikatan)

·         Jika kita mengetahui panjang pegas normal dan sudut antaranya, dan seberapa besar energy untuk menarik dan menekuk pegas, kita dapat menghitung energy dari kumpulan bola dan pegas yang diberikan, yaitu molekul

b.      Ab initio

·         Didasarkan pada persamaan Schrödinger. Ini merupakan persamaan fundamental dari fisika modern dan menggambarkan, misalkan bagaimana electron dalam molekul berkelakuan

·         Metode ab initio menyelesaikan persamaan Schrödinger untuk molekul dan menghasilkan fungsi gelombang dan energy dari molekul tersebut.

c.       Semi Empirik (SE)

·         Perhitungan semiempirik, seperti ab initio didasarkan pada persamaan Schrödinger. Akan tetapi, lebih banyak pendekatan yang dibuat dalam menyelesaikannya, dan integral yang sangat rumit yang harus dihitung dalam perhitungan SE: sebagai gantinya, program mengambil semacam perpustakaan integral yang di “compile” dengan menentukan fitting terbaik dari beberapa entitas terhitung seperti geometri atau energy (panas pembentukkan) terhadap harga eksperimental.

d.      DFT (perhitungan rapatan fungsional), sering disebut Density Functional Theory

·         Perhitungan Rapatan Fungsional adalah seperti ab initio dan semi empiric, didasarkan persamaan Schrödinger. Akan tetapi, tak seperti kedua metode lain, DFT tidak menghitung fungsi gelombang, tetapi menurunkan distribusi electron (electron density function) secara langsung.

e.       Dinamika Molekul

·         Perhitungan dinamika molekul menerapkan hokum gerak ke molekul. Jadi kita dapat mensimulasi gerak sebuah enzim selagi ia berubah bentuk pada pengikatan substrat, atau gerak kerumunan (swarm) molekul air disekitar molekul solute.

 

4.      Secara umum, yang mana merupakan metode kimia komputasi tercepat dan mana yang paling lambat?

Jawab :

·         Tercepat : Mekanika Molekul (MM)

Metode MM sangat cepat: untuk molekul yang besar sepert

·         Terlambat : Ab initio

Perhitungan ab initio relative lambat. Geometri dan spectra IR (=frekuensi vibrasi) dari propane dapat dihitung pada level tinggi dalam hitungan menit pada mesin tipe Pentium, tetapi untuk molekul besar, seperti steroid, dapat berlangsung mungkin sampai beberapa minggu.

UTS KIMIA KOMPUTASI

UTS KIMIA KOMPUTASI

Ujian Tengah semester 2019/2020

Program Studi :  Kimia

Mata Kuliah: Dasar dasar kimia komputasi

Waktu : 90 menit

 

1.      Salah satu metode kimia komputasi yang digunakan untuk menentukan energi dari suatu senyawa adalah Mekanika Molekular. Persamaan mekanika molekular dinyatakan sebagai berikut

 

·         Jelaskan makna masing-masing suku dalam persamaan di atas sehingga dapat dijelaskan kontribusi setiap komponen  penentu besaran energi tersebut.

E =energy yang berkaitan dengan konformasi tertentu dari molekul. Energy MM ini tidak memiliki makna sebagai kuantitas tetap, hanya perbedaan energy antara dua atau lebih konformasi yang mempunyai arti. Persamaan energy MM yaitu :

Energi = energi rentangan + energy pembengkokan + energy torsi +energy interaksi tak berikatan.

  = energy rentangan ini didasarkan atas hukum Hooke, K_bmengontrol kemiringan dari pegas ikatan, sementara r₀adalah panjang ikatan

dalam keseimbangan, persamaan ini mengestimasi energy yang berkaitan dengan vibrasi di sekitar panjang ikatan kesetimbangan.               

 = merupakan parameter pengontrol kemiringan pegas sudut, sementara =menunjukkan sudut kesetimbangan dan persamaan ini

berkaitan dengan vibrasi di sekitar sudut ikat keseimbangan.

 = A merupakan parameter pengontrol amplitude kurva,

parameter n mengontrol periodisitasnya, merupakan sudut torsi.

 = energy tak berikatan memperhitungkan tarikan, tolakan van des waals dan interaksi elektrostatik, parameter A dan B mengontrol kedalaman dan posisi dari sumber energy potensialnya untuk suatu pasangan

atom-atom yang berinteraksi secara bukan ikatan

 

 

 

 

·         Jelaskan kekuatan dan kelemahan metode mekanika molekular dalam penentuan sifat senyawa.

Kelebihan

Ø  Membutuhkan waktu relative singkat

Ø  Tidak menggunakan computer kapasitas tinggi

Ø  Dapat digunakan untu menganalisis senyawa dengan molekul tinggi

Ø  Lebih sederhana karena metode ini menggunakan dasar hukum-hukum fisika klasik sebagai perhitungannya

Kekurangan

Ø  Mekanika molekuler secara umum tidak dapat digunakan untuk menggambarkan struktur yang jauh dari kesetimbangan seperti keadaan transisi

Ø  Hasil perhitungan kurang tepat apabila dengan metode yang lain

 

2.      Jelaskan maksud  basis set (himpunan basis) apakah kegunaannya, dan berilah contoh salah satu jenis basis set.

Basis set dalam ilmu kimia adalah kumpulan fungsi matematika yang digunakan untuk menyusun gugus orbit suatu molekul. Kumpulan fungsi-fungsi matematika yang ada disusun dalam kombinasi linier dengan menyertakan nilai koefisien di dalamnya. Fungsi yang digunakan umumnya adalah gugus-gugus orbit atom penyusun molekul tersebut. Perhitungan kimia kuantum umunya dilakukan dalam satu set basis perhitungan yang terdiri atas fungsi gelombang yang ada disusun secara linier. Proses perhitungan, kumpulan orbital atomik akan disusun mengikuti kaidah Slater, yang kemudian disebut orbital Slater. Secara garis besar, orbital Slater berbentuk lengkungan eksponensial turun yang umumnya didekati dengan linier kombinasi dari fungsi gaussian (T. Daniel Crawford, 2009).

Contoh jenis Basis set :

Basis set minimum

STO-nG adalah basis set terkecil dengan n sebagai nilai bilangan bulat. n akan menyatakan berapa jumlah fungsi Gaussian yang akan digunakan. Penggunaan basis set minimum ini sangat tidak dianjurkan mengingat keakuratan data. Untuk STO-nG, kode basis set yang sering digunakan adalah:

·         STO-3G

·         STO-4G

·         STO-6G

·         STO-3G* - versi terpolarisasi dari STO-3G

 

3.      Kestabilan bentuk kursi dan bentuk perahu dari senyawa siklo \heksana dapat ditentukan dengan menentukan struktur yang paling stabil dari bentuk-bentuk tersebut. Dari perhitungan mekanika molekuler dengan medang gaya AMBER, dihasilkan data energy struktur berikut:

Konformasi	Enegri single point (kkal/mol)	Energy teroptomasi (kkal/mol)
Kursi	3,6094	3,1102
Perahu	14,3245	11,4719

 

·         Mengapa energi terhitung hasil optimasi selalu lebih rendah dari energy single point?

Proses optimasi digunakan untuk mendapatkan struktur dengan tingkat kestabilan tertinggi, Suatu stuktur yang lebih stabil memiliki tingkat energy yang lebih redah. Oleh karena itu perhitungan energinya selalu lebih rendah dibandingkan perhitungan energi pada saat single point, karena pada single point tidak dilakukan penstabilan struktur.

Karena energy single point berguna untuk memperoleh energi total dalam kkal mol^-1 dan gradien akar-purata-kuadrat (RMS) dalam kkal mol^-1 Å^-1 untuk konfigurasi saat itu dari suatu sistem molekular atau dari atom-atom terpilih, sedankan energy dari hasil optimasi ini komponen yang memberikan kontribusi pada energy dihitung dan setiap perubahan geometri akan diikuti dengan perhitungan energy selanjutnya proses ini diulangi terus sampai perubahan dalamenergi antara satu interaksi dan gerakan selanjutnya berada dibawah harga cut-off. Harga cut-off yang umum adalah perubahan energy dalam, antara struktur terhitung terakhir dengan struktur terakhir kedua yang harus lebih kecil dari 0,5 kJ.

·         Jelaskan apa yang terjadi pada proses optimasi

Pada proses optimasi struktur akan terjadi Perhitungan optimisasi geometri menggunakan algoritma minimisasi energi untuk mendapatkan struktur paling stabil.

Pada menu Compute pilihlah item Geometry Optimization untuk membuka kotak dialog Molecular Mechanics Optimization. Pada kotak Algorithm, tersedia lima pilihan metode algoritme (dua diantaranya tidak aktif) yang dapat digunakan oleh HyperChem untuk menghitung geometri dengan energi potensial minimum dari suatu sistem molekular atau atomatom terpilih. Kelima metode itu tidak akan dibahas secara rinci dalam penuntun ini. Untuk tujuan umum, metode Polak Ribiere merupa-kan pengoptimalisasi yang baik, maka Anda pilih metode tersebut. Baik metode Fletcher-Reeves maupun Polak- Ribiere melakukan serangkaian pencarian (atau siklus) satu-dimensi-onal dalam arah gradien konjugat (negatif dari gradien saat itu).

Kotak Termination condition digunakan untuk mengeset kondisi (gradien RMS atau siklus maksimum) untuk mengakhiri perhitungan. Kisaran praktis untuk nilai gradien RMS ialah 10-3 – 0.1. Nilai kurang dari 10-3 tidak mungkin karena adanya galat pembulatan numeris, sedangkan nilai lebih dari 0,1 dapat digunakan untukperhitungan kira-kira secara cepat. Anda gunakan nilai patokan untuk gradien RMS,yaitu 0.1. Sementara itu, kisaran praktis untuk jumlah siklus maksimum ialah 100 –1000. Anda gunakan pula nilai patokan-nya, yaitu 270 (15  jumlah atom dalamsikloheksana).

Untuk perubah lainnya, Anda gunakan kondisi patokan, yakni ‘In vacuo’ aktif dan Screen refresh period: 1 cycles. Pilihan ‘In vacuo’ berarti perhitungan dilakukan tanpa kondisi batas periodik. Ini menjadi satu-satunya pilihan apabila sistem tidak diset dalam kotak periodik. Pilihan ‘Periodic boundary conditions’ ialah kebalikan dari ‘In vacuo’, dan hanya aktif jika Anda telah menggunakan pilihan menu Periodic Box. Sementara itu, Screen refresh period merupakan frekuensi menunjukkan hasil perhitungan pada ruang kerja selama siklus optimalisasi. Nilainya dapat berupa bilangan bulat dari 1 sampai 32,767. Setelah semua peubah untuk optimalisasi Anda set, perhitungan dapat dilakukan dengan klik-kiri OK. Optimalisasi geometri dimulai, dan informasi tentang proses itu ditampilkan pada baris status. Setelah beberapa waktu, proses selesai, dan pada baris status, akan tertera Energy = 1.33 dan Gradient = 0.07. Tampak bahwa optimalisasi (peminimuman energi) menurunkan gradien dengan sangat bermakna. Jumlah siklus ialah jumlah arah pencarian yang digunakan, sedangkan jumlah titik ialah jumlah evaluasi energi dan gradien.

 

·         Struktur mana yang lebih stabil dari dua bentuk sikloheksana tersebut. Gambarkan strukturnya. Seberapa besar (kkal/mol) kestabilan bentuk yang saudara pilih relative dari bentuk lainnya?

Struktur kursi lebih stabil karena Jarak yang sangat dekat untuk atom-atom maka atom-atom yang tidak berikatan akan menimbulkan apa yang disebut ‘interaksi tiang- bendera’, yang menyebabkan kurang stabilnya konformasi perahu. Struktur yang lebih stabil adalah sikloheksana dengan struktur kursi dengan energi teroptimasi 3,1102 kkal/mol yang merupakan struktur yang lebih stabil dari struktur perahu yang mempunyai energi lebih besar yaitu 11,4719 kkal/mol.

 

4.      Metode semimpiris merupakan suatu metode perhitungan kimia komputasi yang dapat dijalankan lebih cepat daripada ab initio. Jelaskan mengapa demikian. Jelaskan pendekatan/penyederhanaan perhitungan yang digunakan pada metode semiempiris. Apakah metode semiempiris memerlukan pemilihan basis set ? Jelaskan.

Karena dengan menggunakan metode ab initio, dibutuhkan waktu yang lama dan kebutuhan yang besar terhadap kemampuan komputer. Dengan metode semiempiris perhitungannya lebih cepat karena:

·         Hanya memperhatikan elektron valensi

·         Menggunakan minimum basis set (STO)

dapat diterapkan dalam sistem yang sedang dan menghasilkan fungsi gelombang elektronik yang memadai untuk dapat memprediksi sifat elektronik. Metode semiempiris memiliki realibilitas rendah.

Metode semiempiris berdasar pada pendekatan HF. Matrick fock disusun dan persamaan HF diselesaikan secara iteratif. Pendekatan dilakukan terhadap penyusunan matrick Fock, atau dalam penyederhanaan pada pernyataan energi sistem. Ditinjau ulang bagaimana elemen matrik Fock dinyatakan sebagai integral pada keseluruhan fungsi basis atomik.

P adalah matrik kerapatan yang didefinisikan sebagai:

Metode semiempiris pemilihan basis set karena parameterisasi dari metode ini bersumber dari data eksperimen maupun dari hasil perhitungan ab initio yang lebih teliti sehingga harus diperhatikan golongan senyawa yang ingin di analisis. Metode semiempiris diparameterisasi berdasar pada sifat khas dari kumpulan molekul yang mempunyai kesamaan sifat. Penerapan parameter ini dalam perhitungan senyawa yang sejenis dengan kelompok senyawa yang dipakai menyusun parameter akan tinggi kebenarannya, tetapi untuk senyawa yang jauh berbeda, maka realibilitasnya rendah, sehingga harus dipilih metode yang sesuai.

Pemisahan Zat Warna Alami pada Buah dengan Kromatografi Lapis Tipis

Pemisahan zat warna alami pada buah dengan kromatografi lapis tipis

I.         ACARA

Pemisahan zat warna alami pada buah dengan kromatografi lapis tipis

 

II.      TUJUAN

1. Dapat mengetahui warna penyusun dari buah

2. Dapat menghitung faktor retensi

 

III.   ALAT DAN BAHAN

Alat :

1. Gunting Chumber

2. Pensil

3. Penggaris

4. Lumpang dan alu

5. Kain saring

6. Cawan arloji

7. Pisau

 

Bahan :

1.      Sampel buah naga

2.      Sampel buah wortel

3.      Plat kromatografi lapis tipis

4.      Akuades

5.      Alkohol

6.    K2Cr2O7

IV.   LANGKAH KERJA

A. Preparasi sampel

No	Langkah kerja	Keterangan
1.	Sampel wortel diparut kemudian diperas dan diambil sarinya, sampel buah naga diperas dan diambil sarinya	Sampel wortel dan buah naga sudah diambil sarinya
2.	Masing-masing sampel sari tadi dipanaskan dengan spritus	Sampel sudah dipanaskan dengan spritus

 

 

 

B. Analisis sampel

No	Langkah kerja	Keterangan
1.	Membuat tanda batas atas dan bawah dengan pensil kemudian totolkan sari sampel di batas bawah pada plat KLT	Plat KLT sudah diberi tanda dan sudah ditotoli sari sampel.
2.	Membuat eluen akuades + alkohol dengan perbandingan 2:1, kemudian masukan dalam chamber	Eluen sudah dibuat dan dimasukkan chamber.
3.	Memasukkan plat KLT yang telah ditotoli ke chamber yang berisi eluen, kemudian mengamati elusi yang terjadi	Plat KLT sudah dimasukkan chamber.
4.	Setelah elusi selesai keluarkan plat dari chamber, memeberi tanda pada setiap perubahan warna yang terlihat	Plat KLT telah dikeluarkan dan lansung diberi tanda pada setiap perubahan warna.
5.	Menunggu plat KLT kering kemudian disemprot dengan larutan K2Cr2O7, beri tanda pada setiap perubahan warna yang terlihat dan catat hasilnya	Plat KLT sudah kering kemudian disemprotkan larutan K2Cr2O7.

V.      Hasil Pengamatan 

No	Sampel	Hasil pengamatan
1.	Buah Naga	Ungu : 5,8 cm
2.	Wortel	Orange : 0,15 cm
Batas antar garis batas : 5,9 cm

VI.   PERHITUNGAN

VII. VII.PEMBAHASAN

Pada praktikum kromatografilapis tipis eluen yang digunakan adalah campuran dari akuades dan alkohol dengan perbandingan 2:1.

Sampel wortel pada kelompok kami terlalu encer, sehinggga pada saat melakukan pengamatan perubahan warna tidak terlihat dan hanya menunjukkan warna awal sampel tersebut yaitu warna orange.

 Sampel buah naga pada praktikum kromatografi lapis tipis memiliki afinitas yang besar terhadap eluen.

VIII. KESIMPULAN

Dalam praktikum kromatografi lapis tipis yang kami lakukan pada sampel buah naga dan wortel terbentuk warna ungu dan orange. Hasil praktikum dengan pelarut akuades dan alkohol 2:1, sebagai berikut :

a)        Buah naga

Rf ungu : 0,983

b)        Wortel

Rf orange : 0,0254