Pertama kali mendengar kalimat ini "Kimia Komputasi" adalah saat kuliah umum dengan pembicara Prof. Unang Supratman salah satu dosen Fakultas MIPA Universitas Padjadjaran, Bandung. Kimia yang sebelumnya ada dipikiran saya hanya mereaksikan, laboratorium, dan zat-zat yang berbahaya seketika berubah. dengan kimia komputasi seorang kimiawan tidak harus selalu berkutat di laboratorium. Banyak dipaparkan oleh Prof. Unang tentang sistem komputerisasi pada kimia, dari sinilah saya mulai tertarik dengan "Kimia Komputasi". Dan beruntungnya di semester 3 ini, saya dapat mengambil matakuliah pilihan kimia komputasi dengan pembimbing Bapak Adi Riyadhi M, Si.
Sebelumnya, apa sih kimia komputasi itu? seberapa besar manfaatnya?
Kimia komputasi adalah cabang kimia yang menggunakan hasil kimia teori
yang diterjemahkan ke dalam program komputer untuk 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. Contoh sifat-sifat molekul yang dihitung antara lain struktur (yaitu
letak atom-atom penyusunnya), energi dan selisih energi, muatan, momen dipol,
kereaktifan, frekuensi getaran dan besaran spektroskopi lainnya. Simulasi
terhadap makromolekul (seperti protein dan asam nukleat) dan sistem besar bisa
mencakup kajian konformasi molekul dan perubahannya (mis. proses denaturasi
protein), perubahan fasa, serta peramalan sifat-sifat makroskopik (seperti kalor
jenis) berdasarkan perilaku di tingkat atom dan molekul. Istilah kimia
komputasi kadang-kadang digunakan juga untuk bidang-bidang tumpang-tindah
antara ilmu komputer dan kimia.
Istilah kimia teori dapat didefinisikan sebagai deskripsi
matematika untuk kimia, sedangkan kimia komputasi biasanya digunakan
ketika metode matematika dikembangkan dengan cukup baik untuk dapat
digunakan dalam program komputer. Perlu dicatat bahwa kata "tepat" atau
"sempurna" tidak muncul di sini, karena sedikit sekali aspek kimia yang
dapat dihitung secara tepat. Hampir semua aspek kimia dapat digambarkan
dalam skema komputasi kualitatif atau kuantitatif hampiran.
Molekul terdiri atas inti dan elektron, sehingga diperlukan metode
mekanika kuantum. Kimiawan komputasi sering berusaha memecahkan
persamaan Schrödinger non-relativistik, dengan penambahan koreksi
relativistik, walaupun beberapa perkembangan telah dilakukan untuk
memecahkan persamaan Schrödinger yang sepenuhnya relativistik. Pada
prinsipnya persamaan Schrödinger mungkin diselesaikan, baik dalam bentuk
bergantung-waktu atau tak-bergantung-waktu, disesuaikan dengan masalah
yang dikaji, tetapi pada praktiknya tidak mungkin kecuali untuk sistem
yang amat kecil. Karena itu, sejumlah besar metode hampiran dikembangkan
untuk mencapai kompromi terbaik antara ketepatan perhitungan dan biaya
komputasi.
Dalam kimia teori, kimiawan dan fisikawan secara bersama
mengembangkan algoritma dan program komputer untuk memungkinkan
peramalan sifat-sifat atom dan molekul, dan/atau lintasan reaksi untuk
reaksi kimia, serta simulasi sistem makroskopis. Kimiawan komputasi
kebanyakan “sekedar” menggunakan program komputer dan metodologi yang
ada dan menerapkannya untuk permasalahan kimia tertentu. Di antara
sebagian besar waktu yang digunakan untuk hal tersebut, kimiawan
komputasi juga dapat terlibat dalam pengembangan algoritma baru, maupun
pemilihan teori kimia yang sesuai, agar diperoleh proses komputasi yang
paling efisien dan akurat.
Terdapat beberapa pendekatan yang dapat dilakukan:
- Kajian komputasi dapat dilakukan untuk menemukan titik awal untuk sintesis dalam laboratorium.
- Kajian komputasi dapat digunakan untuk menjelajahi mekanisme reaksi dan menjelaskan pengamatan pada reaksi di laboratorium.
- Kajian komputasi dapat digunakan untuk memahami sifat dan perubahan
pada sistem makroskopis melalui simulasi yang berlandaskan hukum-hukum
interaksi yang ada dalam sistem.
Terdapat beberapa bidang utama dalam topik ini, antara lain:
- Penyajian komputasi atom dan molekul
- Pendekatan dalam penyimpanan dan pencarian spesi kimia (Basicdata Kimia)
- Pendekatan dalam penentuan pola dan hubungan antara struktur kimia dan sifat-sifatnya (QSPR, QSAR).
- Elusidasi struktur secara teoretis berdasarkan pada simulasi gaya-gaya
- Pendekatan komputasi untuk membantu sintesis senyawa yang efisien
- Pendekatan komputasi untuk merancang molekul yang berinteraksi lewat cara-cara yang khusus, khususnya dalam perancangan obat.
- Simulasi proses transisi fasa
- Simulasi sifat-sifat bahan seperti polimer, logam, dan kristal (termasuk kristal cair).
Program yang digunakan dalam kimia komputasi didasarkan pada berbagai metode kimia-kuantum yang memecahkan persamaan Schrödinger untuk molekul, maupun pendekatan fisika klasik (mekanika molekul) untuk simulasi sistem yang besar. Metode kimia-kuantum yang tidak
mencakup parameter empiris dan semi-empiris dalam persamaannya disebut
metode ab-intio. Jenis-jenis metode ab-initio yang populer adalah: Hartree-Fock, teori gangguan Moller-Plesset, interaksi konfigurasi, couple cluster, matriks kerapatan tereduksi, dan teori fungsi kerapatan.
Dalam kimia komputasi kita dapat mempelajari, sifat-sifat molekul, seperti energi, struktur, momen dipol, keterpolaran, atau hyperpolarizability
merupakan beberapa besaran yang dapat dihitung lewat perhitungan. Dalam
komputasi molekul, terdapat beberapa teknik untuk menghitung
sifat-sifat molekul, yaitu mekanika molekul, teori fungsi kerapatan atau teori struktur elektron.
Sejumlah paket perangkat lunak menyediakan berbagai metode kimia-kuantum. Di antara yang luas digunakan adalah:
- Gaussian
- Gamess
- Q-Chem
- ACES
- Dalton
- Spartan
- Psi
- PLATO (Package for Linear Combination of Atomic Orbitals)
- MOLCAS
- MOLPRO
- MPQC
- NWChem
- Psi3
- PC GAMESS
- Spartan
- TURBOMOLE
Adapun software-software yang kami gunakan dalam pembelajaran akan saya share pada postingan selanjutnya. Terima kasih :)
Sumber : Wikipedia
