Kimia komputasi
Kimia komputasi adalah cabang kimia teori yang tujuan utamanya adalah membuat program komputer yang efisien untuk menghitung sifat-sifat molekul (seperti energi total, momen dipol, frekuensi getaran), maupun melakukan simulasi terhadap sistem-sistem besar (makromolekul seperti protein dan asam nukleat, atau sistem banyak molekul seperti gas, cairan, dan padatan), dan menerapkan program tersebut pada sistem kimia nyata. Kadang-kadang digunakan juga untuk bidang-bidang tumpang-tindah antara ilmu komputer dan kimia.
Pendahuluan
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 (Basisdata 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-initio. Jenis-jenis metode ab-initio yang populer adalah: Hartree-Fock, teori gangguan Møller-Plesset, interaksi konfigurasi, coupled cluster, matriks kerapatan tereduksi, dan teori fungsi kerapatan.
Komputasi Molekul
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.
Paket Perangkat Lunak
Sejumlah paket perangkat lunak menyediakan berbagai metode kimia-kuantum. Di antara yang luas digunakan adalah:
- Gaussian
- Gamess
- Q-Chem
- NWChem
- ACES
- Molpro
- Dalton
- Spartan
- Psi
- PLATO (Package for Linear Combination of Atomic Orbitals)
Lihat juga
Rujukan
- Computational Chemistry dari Wikipedia berbahasa Inggris.
- Christopher J. Cramer, Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models, 2nd edition, 2004.
- David C. Young, Computational Chemistry, 2001