Short Introduction to Computational Chemistry

Anyone can do calculations nowadays.

Anyone can also operate a scalpel.

That doesn’t mean all our medical problems are solved.

–Karl Irikura

Menjadi berbeda dalam hal yang baik adalah suatu ide yang bagus, begitulah kata seorang motivator di salah satu stasiun TV swasta dan hal inilah juga yang mendorong saya mengambil jalan yang berbeda dengan mainstream teman-teman saya Kimia angkatan 2007 terutama di bidang IT. Di saat teman-teman yang lain sibuk menggunakan windows 7 saya malah menggunakan Linux. Ternyata keputusan nyeleneh inilah yang membawa saya menuju dunia yang lebih ekstrem lagi dalam memilih jalan hidup di Kimia ini (halah), ya di saat teman-teman saya sibuk mengambil lab basah sebagai rumah kedua, justru saya mengambil lab kering sebagai rumah saya. Mungkin dari sekian ratus atau sekian puluh mahasiswa angkatan 2007 hanya saya yang mengambil bidang ini. Yes, since beginning I prefer to different.

Kimia komputasi merupakan salah satu cabang dari ilmu kimia yang menggunakan komputer dan software sebagai salah satu tool untuk menyelesaikan problem di Kimia. Kimia komputasi sendiri tidak akan bisa lepas dari apa yang disebut dengan kimia teori (theoretical chemistry). Kimia teori sendiri merupakan penjelasan matematis dari fenomena kimia yang sering dijumpai misalnya LCAO (Linear Combination Atomic Orbital) yang merupakan penjelasan dari peristiwa mengapa di alam ditemukan metana dsb. Nah, teori-teori dan persamaan matematis ini kemudian diimplementasikan dalam bentuk algoritma yang ditulis dalam software-software tertentu kemudian dijalankan di atas platform dan digunakan untuk menyelesaikan masalah-masalah yang secara eksperimen sukar dijelaskan maka inilah yang disebut dengan kimia komputasi (computational chemistry). Jadi salah besar, ketika ada yang mengatakan bahwa di dalam dunia kimia komputasi hanya tinggal klik-klik kemudian selesai. Orang yang berkata demikian pada hakekatnya tidak memahami apa itu kimia komputasi (halah) :p

Kimia komputasi dibangun dengan tiga pilar utama yaitu: science about the problems, algorithm or mathematical model and computing environment. Science adalah pengetahuan tentang masalah yang sedang dikaji baik dari segi teori secara matematis maupun secara “kimia” atau “fisika”. Algorithm adalah representasi matematis dari model yang sedang dikaji, di sinilah peran dari Kimia Teori atau Mekanika Kuantum dan yang terakhir adalah platform komputer yang akan digunakan, apakah kita akan bekerja dengan kluster komputer, server atau kah personal komputer. Ketiga aspek ini wajib diketahui ketika bekerja di dalam kimia komputasi termasuk resource komputer yang kita gunakan agar jangan sampai pekerjaan kita menjadi “sia-sia”.

Lalu muncul pertanyaan mengapa kimia komputasi muncul dan berkembang sampai saat ini? Sebelum menjawab pertanyaan ini ada beberapa hal yang sering salah membuat persepsi, kimia komputasi itu kan pengidealan sistem, belum tentu sesuai dengan eksperimen. Kimia memang tidak pernah lepas dari eksperimen, lah dilihat dari namanya saja sudah mencerminkan eksperimen, Chem Is Try, hehe. Namun ada beberapa hal yang tidak dapat dilakukan dalam eksperimen atau berbahaya jika dilakukan secara eksperimen bahkan terlalu mahal untuk dilakukan secara eksperimen. Kimia komputasi hadir untuk menjawab tantangan-tantangan tersebut. Dengan kimia komputasi dapat dipelajari secara detail bagaimana dinamika suatu ion dalam larutan sehingga nanti dapat memberikan suatu penjelasan mengapa ada suatu ion dapat masuk ke channel sel saraf dan mengapa yang lain tidak, selain itu dapat juga dipelajari interaksi antara logam-logam radioaktif dalam crown eter sehingga nanti dapat diusulkan crown eter yang terbaik untuk disintesis, begitu juga dalam penemuan obat. Kimia komputasi berperan dalam pengembanngan obat baru sehingga hanya obat yang memiliki aktivitas tinggi saja yang akan disintesis. Hal ini tentu akan mengurangi biaya dalam pembuatan obat. Nah, dari gambaran di atas dapat dilihat bahwa kimia komputasi TIDAK BERTUJUAN UNTUK MENGGANTIKAN EKSPERIMEN, JUSTRU MEMBANTU BAGAIMANA AGAR EKSPERIMEN YANG DILAKUKAN MENJADI LEBIH EFEKTIF DAN EFISIEN. Selain pertimbangan secara komputasi, dalam bekerja di kimia komputasi terutama dalam menghasilkan usulan untuk sintesis juga DIPIKIRKAN APAKAH SENYAWA YANG DIUSULKAN DAPAT ATAU MUDAH DISINTESIS ATAUKAH TIDAK DAN PEMODELAN DI KIMIA KOMPUTASI SELALU DIBUAT SEMIRIP MUNGKIN DENGAN EKSPERIMEN, ENTAH DENGAN DINAMIKA MOLEKULAR, MEMASUKKAN PARAMETER-PARAMETER EKSPERIMEN DALAM MODEL. Oleh karena itu, seharusnya antara komputasi dengan eksperimen selalu berjalan bersama, dan salah satu cara validasi metode dalam kimia komputasi adalah dengan membandingkan data-data eksperimen.

Ruang lingkup dalam bidang kimia komputasi meliputi penentuan energi dan struktur molekul, spektroskopi baik pengukuran vibrasi infra merah, NMR dll, mekanisme reaksi, QSAR (Quantitative Structure Analysis Relationship), QSPR (Quantitative Structure Properties Relationship), termokimia, muatan atom, statistika mekanika Monte Carlo, dinamika molekular. Oia, ada lagi yang lebih menarik pemodelan padatan. Goal dari semua ruang lingkup ini adalah bagaimana agar eksperimen yang dilakukan menjadi lebih baik dan efisien.

Hingga saat ini perkembangan teknologi informasi yang pesat juga turut membantu berkembangnya kimia komputasi. Dengan hardware yang tinggi, maka perhitungan yang lebih kompleks dapat dilakukan, visualisasi dapat menjadi lebih detail. Selain itu perkembangan bahasa pemrograman juga melahirkan berbagai macam program-program yang digunakan dalam riset kimia komputasi mulai dari GAUSSIAN, VASP, GAMESS, HYPERCHEM, DMOL, SYBYL dll dan semua itu tentu tidak dapat dilakukan tanpa biaya operasional. Hehe🙂

Sekian dulu pengantar yang sangat singkat ini. Semoga dengan adanya pengantar ini dapat menambah semangat para mahasiswa yang bekerja di kimia komputasi baik yang sedang tugas mandiri, skripsi, tesis, disertasi baik yang di Indonesia, Jepang, Austria, Prancis dll dan yang lebih penting lagi dapat membuka wawasan kita tentang bidang ini.

To be continue…

# quote di atas diambil dari introduction di buku COMPUTATIONAL CHEMISTRY A Practical Guide for Applying Techniques to Real-World Problems David C. Young.

# sebagian tulisan ini diambil dari presentasi Filsafat dan Frontier Kimia, terutama pas pengenalan kimia komputasi oleh Prof. Harno D. P

2 thoughts on “Short Introduction to Computational Chemistry

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s