Analisa dengan Hyperchem (Praktek Semi Empiris)

Tujuan

1.     Memahami berbagai metode semiempiris

2.     Membandingkan akurasi perhitungan momen dipol, jarak ikat, sudut ikat, dan energi molekul air dan amoniak dengan berbagai metode semiempiris

3.     Menentukan jarak ikatan hidrogen antara molekul air dan amoniak.

Pendahuluan

Di dalam praktek, penggunaan metode semiempiris untuk menghitung beberapa parameter struktur molekul akan dilakukan dengan menggunakan metode semiempiris sebagai berikut:

1.         Extended Hückel

2.         CNDO

3.         INDO

4.         MINDO/3

5.         MNDO

6.         AM1

7.         PM3

8.         ZINDO/1

9.         ZINDO/2

Dalam perhitungan ini molekul yang akan dipakai sebagai obyek perhitungan adalah:

1.         H₂O

2.         NH₃

3.         H₂O - NH₃

Hasil percobaan untuk beberapa parameter molekul air dan amoniak adalah sebagai berikut:

Tabel Parameter struktur molekul NH₃ dan H₂O hasil percobaan

Parameter	NH3	H2O
Momen dipol	1,47 D	1,85 D
Jarak ikat O - H		0.958 Å
Jarak ikat N - H	1.0124 Å
Sudut ikat H-N-H	106.67o
Sudut ikat H-O-H		104.45o
Energi molekul		47992  kal/mol

Cara kerja

A.        Menghitung parameter molekul H₂O

Untuk memperoleh parameter molekul air ikuti langkah-langkah berikut :

1.     Klik Build , Klik Default Elements, pilih atom O dan klik.

2.     Klik Build, Klik Add Hydrogen, Klik Model Build.

3.     Klik Setup, klik Semiempiris, Klik Metode : Extended Hückel, Klik Options, set Multiplicity = 1, Total Charge = 0.

4.     Klik File, Klik Start log, tulis nama file = air.log (masukkan ke direktori kerja anda).

5.     Klik Compute, Klik Geometry Optimization, set RMS : 0.0001 kcal/mol dan 5000 cycles. Klik Ok.

6.     Klik File, Klik Stop log.

7.     Buka Notepad dan Klik File, Klik Open dan buka file air.log.

8.     Catatlah energi molekul dan momen dipolnya.

9.     Kembali ke windows Hyperchem. Klik Select, Klik Atom. Klik        . Klik atom H kemudian O dan dicatat jarak ikatnya. Berikutnya Klik atom hidrogen satunya dan catat sudutnya.

10.   Langkah 3 - 9 diulangi untuk metode semiempiris yang lain.

B.        Menghitung parameter NH₃

Langkah-langkah yang dilakukan sama dengan A, tetapi elemen dipilih untuk molekul NH₃.

C. Menghitung jarak ikatan hidrogen antara NH₃ dan H₂O

Dari parameter yang diperoleh, dipilih metode yang menghasilkan jarak ikatan yang mendekati eksperimen. Kemudian anda mengulangi langkah A dan B dengan menggunakan metode semiempiris yang telah terpilih. Simpanlah masing-masing file dengan air1.hin dan amo1.hin. Kemudian anda sedang dalam keadaan membuka file amo1.hin. Klik Open, Klik Merge, Klik air1.hin. KlikSelect, Klik Molecules, Klik     , Klik molekul air, jalan prosedur A(5). Klik kanan mouse pada molekul air. Jalankan prosedur A(5). Klik Display, Klik Recompute H bond. Seleksilah atom yang berikatan hidrogen. Catat jarak ikatannya.

Analisa dengan Hyperchem (Gaya Antar Molekul pada Asam Karboksilat)

Tujuan

Memahami terjadinya ikatan antar molekul dalam dimmer asam karboksilat yang berbentuk ikatan hidrogen.

Latar Belakang

            Asam karboksilat rantai pendek pada umumnya mempunyai sifat sebagai cairan dengan titik didih yang tinggi. Hal ini disebabkan terjadinya ikatan hidrogen dari dua unit asam karboksilat sehingga asam karboksilat berada dalam bentuk dimmer. Kekuatan ikatan hidrogen ini akan sangat tergantung pada bentuk konformasi dimmer asam karboksilat. Untuk mengenal kemungkinan terjadinya ikatan hidrogen dalam dimmer asam karboksilat, dapat dilakukan pemodelan interaksi berdasarkan kemungkinan konformasi yang terbentuk antar asam karboksilat. Energi interaksi yang berharga paling negatif akan menunjukkan kekuatan ikatan hidrogen yang besar.

            Energi interaksi antar molekul dapat dihitung berdasarkan prinsip supermolekul, artinya energi interaksi (E_interaksi) dihitung dari selisih energi antara energi kompleks E_ABdengan energi masing-masing monomer (E_A dan E_B).

E_interaksi = E_AB – E_A – E_B

Prosedur Kerja

1. Gambarkan senyawa karboksilat dalam bentuk dimmer dengan berbagai bentuk konformasi (1, 2 dan 3). Atur agar jarak antara atom H dari gugus hidroksi dengan atom O karbonil mempunyai jarak sekitar 2 Å. Anda dapat menggunakan fungsi Ctrl+anak panah atau Ctrl+Shift+anak panah untuk mengatur posisi dua senyawa karboksilat tersebut.

2.  Gunakan metode semiempiris (semi-empirical) AM1 pada menu Setup, lalu optimasi struktur dimmer karboksilat. Untuk melihat apakah struktur dimmer teroptimasi dapat melakukan ikatan hidrogen, pilih recompute H bond pada menuDisplay. Ikatan hidrogen akan ditandai dengan garis putus-putus pada atom H dari gugus hidroksil dengan atom O karbonil.

3.      Untuk melakukan perhitungan energi interaksi (ΔE_dimer), gunakan rumusan

      ΔE_dimer  = E_kompleks – E_kar1 – E_kar2

        E_kompleks  = energi hasil optimasi dimmer karboksilat

      E_kar1  =  energi monomer karboksilat (1)

      E_kar2 = energi monomer karboksilat (2)

    Cara mencari  adalah dengan menghilangkan senyawa monomer karboksilat (2) (ingat : pada bentuk dimmer yang telah dioptimasi) dan melakukan perhitungan energi single point.  Diperoleh dengan menghilangkan monomer karboksilat (1) dan melakukan energi single point.

4.      Lakukan hal yang sama dengan menggunakan metode mekanika molekular MM+.

Metode	Dimer	Ekompleks	Ekar1	Ekar2	ΔEdimer
AM1	I	- 1551,1	- 772,28	- 772,28	- 6,62
	II	- 1547,6	- 772,3	- 772,3	- 2,4
	III	- 1551,3	- 772,3	- 772,3	- 6,7
MM+	I	- 15,39	- 6,007	- 6,001	- 3,382
	II	- 6,78	- 5,98	- 0,44	- 0,36
	III	- 12,8	- 6,01	- 5,55	- 1,24

Analisis

·         Dari ketiga bentuk dimer, semuanya memiliki energi kompleks teroptimasi yang hampir sama (pada metode AM1).

·      Kemungkinan terbentuknya ikatan hidrogen bergantung pada konformasi senyawa, jika jarak antara atom H dari gugus hidroksi dari monomer yang satu dengan atom O karbonil dari monomer yang lainnya mempunyai jarak yang cukup jauh, maka ikatan hidrogen menjadi lemah atau tidak terbentuk sama sekali.

·      Jika dibandingkan, metode AM1 menunjukkan nilai energi kompleks teroptimasi yang jauh lebih besar dibandingkan metode MM+, tetapi nilai ΔE_dimer  hampir sama. (Ketidaksesuaian hasil percobaan dengan teori mungkin disebabkan karena penggambaran dimer yang kurang tepat, sehingga mempengaruhi perhitungan energi pada single point).

Hyperchem

Hyperchem dikeluarkan Autodesk Incorporation (Kanada) merupakan salah satu perangkat lunak yang berjalan di bawah sistem operasi windows Hyperchem merupakan program aplikasi komputer dibidang kimia dan mengkhususkan penggunaanya dibidang kimia dengan menterjemahkan bahasa matematis mekanika kuantum menjadi program kimia siap pakai (Hyperchem Manual, 2002).


Hyperchem merupakan suatu program stimulasi dan pemodelan molekul yang memungkinkan penampilan dan perhitungan kimia yang rumit, fungsi-fungsi yang dapat dijelaskan oleh hyperchem antara lain (Hyperchem Manual, 2002):

1. Pemodelan struktur molekul dari atom-atom dan mengubahnya dalam bentuk tiga dimensi
2. Pembangunan protein dan asam nukleat dari residu standarnya serta modifikasinya
3. Pemodelan molekul dari sumber-sumber seperti file PDB (Brookhaven Protein Data Bank)
4. Penataan ulang molekul dengan rotasi, translasi maupun zoom
5. Mengubah tampilan molekul (Rendering)
6. Perhitungan-perhitungan kimia dengan berbagai metode, seperti dinamik melekuler, mekanika molekuler, semiempirik dan mekanika kuantum (Hyperchem Manual, 2002)

Source: faijalchemistry.blogspot.com

Manfaat Kimia Komputasi untuk Penelitian

1. Untuk menemukan titik awal untuk sintesis dalam laboratorium.
2. Untuk menjelajahi mekanisme reaksi dan menjelaskan penamatan pada reaksi di laboratorium.
3. Untuk memahami sifat dan perubahan pada sistem makroskopis melalui simulasi yang berlandaskan hukum-hukum interaksi yang ada dalam sistem.

Manfaat Kimia Komputasi Untuk Pembelajaran

1. Dapat menghitung sifat molekul yang kompleks dan hasil perhitungannya berkorelasi secara signifikan dengan eksperimen.


2. Dapat sebagai alat hitung –seperti halnya kalkulator- untuk membantu penyelesaian secara numerik dari persamaan matematika yang menggambarkan sifat sistem, misalnya dalam penyelesaian perhitungan stokiometri, termasuk juga otomatisasi alat ukur yang dapat mengkonversi signal elektronik menjadi data numerik.


3. Dapat sebagai alat visualisasi dan animasi


4. Membantu kita mengeksplorasi sifat senyawa dan pada umumnya program tersebut telah dilengkapi dengan visualisasi dan animasi, seperti program HyperChem, Gaussian, Turbomol, Rasmol dll.


5. Menghitung sifat-sifat molekul dan perubahannya maupun melakukan simulasi terhadap sistem-sistem besar (makromolekul seperti protein atau sistem banyak molekul seperti gas, cairan, padatan, dan Kristal cair), dan menerapkan program tersebut pada sistem kimia nyata.




6. Simulasi terhadap makromolekul (seperti protein dan asam nukleat) dan sistem besar bisa mencakup kajian konformasi molekul dan perubahannya (mis. Proses denatrasi protein), perubahan fasa, serta peramalan sifat-sifat makroskopik (seperti kalor jenis) berdasarkan perilaku di tingkat atom.




Source:  Pendekatan Komputasi Dalam Pembelajaran Kimia, Dr. Harno Dwi Pranowo, M.Si dan scribd

Chempup

Chempup (linux kimia) adalah sebuah applet dari beberapa software kimia yang bisa digunakan secara gratis. Chempup ini terdapat dalam sistem operasi linux, Puppy Linux 4.2.1. Dalam menggunakannya kita tidak perlu menginstall Linux itu ke komputer kita, cukup run cd live saja dengan memasukkan CD Chempup itu dengan menyeting booting pertama dari CD drive atau Usb drive dari bios komputer kita.

Tampilannya seperti yang ada pada screenshoot web resminya adalah seperti gambar berikut:

Beberapa program kimia yang terdapat pada Chempup (linux kimia) antara lain:

• GElement – Tabel periodik dengan banyak informasi pada setiap unsur yang disajikan.
• ChemCalc – link utility web berbasis java utility yang dapat digunakan untuk kepentingan perhitungan berat formula (Mr), analisis CHN, dan distribusi isotop.
• Nomen – sebuah program untuk membuat struktur 2D dari nama zat kimia kita berikan.
• JChemPaint ­ Pembuat struktur kimia 2D yang berbasis java.
• BKChem – editor struktur zat kimia 2D yang diperluas.
• JMol – Penampil (viewer) molekul secara 3D.
• Avogadro – Pembuat melekular 3D yang powerfull, dengan optimasi medan-gaya dan simulasi dinamika molekular.
• ChemTool – Sebuah file spreadsheet yang dibuat secara khusus untuk kalkulator pengkonversi mol dan massa zat.
• Gnotebook – Sebuah file spreadsheet yang dapat digunakan untuk aktivitas laboratorium.

Apa Keuntungan dari Chempup?

1. ChemPup beban seluruh sistem ke dalam memori RAM. 
Meskipun proses ini memakan waktu sedikit lebih lama untuk boot (tergantung pada konfigurasi hardware) akhirnya berjalan sangat cepat pada bahkan rendah-spec (lama) komputer. 

2. Anda tidak pernah harus menginstal ChemPup di komputer manapun. 
Itu benar! Instalasi Tidak Diperlukan. Cukup boot dari CD atau USB flashdrive ChemPup. 
Lihat Panduan Cepat-Mulai ChemPup untuk informasi lebih lanjut. 

3. Anda dapat menginstal ChemPup ke sebuah partisi hard-drive. 
Hal ini dapat dilakukan dengan dua cara, "penuh" atau "hemat" pilihan instalasi. Sebuah "hemat" instal dianjurkan karena dapat diinstal pada diformat NTFS hard-drive sepanjang sisi MS Windows.Hal ini memerlukan beberapa pengetahuan tambahan dan pengguna sangat dianjurkan untuk berkonsultasi dengan puppylinux dokumentasi sebelum mempertimbangkan opsi ini. Satu-satunya keuntungan yang signifikan adalah bahwa CD atau DVD tidak lagi diperlukan saat boot-up jika ChemPup telah diinstal.

Tertarik ingin tahu lebih lanjut?

Silahkan download Chempup dari situs resminya. Silahkan register lebih dulu jika tidak diijinkan langsung download dari situs ChemToolBox. File iso tersebut berukuran 520 MB. Setelah diunduh silahkan dibakar (di-burn) ke CD dan siap digunakan. Ingat atur bios untuk booting pertama dari CD Drive atau USB drive.

Source: chemtoolbox