Electronic Structure Method

Assalamu’alaikum teman-teman sekalian, lama juga kita tak jumpa di blog ini ya? Maklumlah lagi sibuk mengerjakan ujian akhir semester je🙂. Dalam dua tulisan yang lalu kita pernah membahas apa itu kimia komputasi dan bagaimana memulai kerja di dalam bidang ini. Nah, kali ini kita akan membahas salah satu aliran besar di dalam bidang kimia komputasi, electronic structure method.

Di dalam bidang kimia komputasi terdapat dua aliran besar metode yang digunakan. Masing-masing aliran menggunakan pendekatan yang berbeda satu sama lain dan juga memiliki fungsi yang berbeda juga. Salah satu aliran besar itu adalah electronic structure method. Bagi teman-teman fisika tentu tidak asing lagi dengan istilah mekanika kuantum kan? Nah, metode ini menggunakan dasar-dasar dari hukum mekanika kuantum untuk perhitungannya, tidak menggunakan mekanika klasik. Mekanika klasik digunakan ketika kalkulasi kita menggunakan mekanika molekular (molecular mechanic).
Mekanika kuantum menyatakan energi dan sifat-sifat dari molekul dapat diperoleh dengan menyelesaikan persamaan Schrödinger yang terkenal itu, nah untuk sistem yang kecil mungkin saja penyelesaian eksak dari persamaan ini bisa dilakukan, tapi tidak untuk sistem yang besar. Hal itu secara komputasi saat ini tidak praktis. Dua kelas besar dalam metode ini adalah semi empiris (AM1, PM3, ZNDO, MNDO dll) dan ab initio. Semi empiris, sesuai dengan namanya menggunakan parameter-parameter yang diturunkan dari data-data eksperimen untuk set kelas senyawa tertentu. Mereka menyelesaikan bentuk perkiraan persamaan Schrodinger yang tergantung dari ketersediaan parameter-parameter untuk sistem yang tengah dikaji. Dengan demikian, bisa diketahui bahwa beda metode semi empiris yang digunakan akan memiliki set parameter-parameter yang berbeda juga.

Ab initio, tidak seperti mekanika molekular atau semi empiris, dia tidak menggunakan data eksperimental dalam perhitungannya. Yup! Semua hanya berdasarkan pada mekanika kuantum dan beberapa parameter-parameter umum, seperti kecepatan cahaya, massa dari inti dan elektron serta konstanta Planck. Pada prakteknya, ab initio menggunakan pendekatan-pendekatan matematis untuk menyelesaikan pekerjaannya. Salah satu level teori dari metode ab initio inilah yang sering kita kenal dengan HF (Hatree-Fock). Satu kesimpulan yang bisa diambil dari sini, ab initio tidak terbatas pada satu set sistem molekul saja, tapi dapat digunakan untuk sebagian besar kelas molekul. Sebagai konsekuensinya, semakin besar sistem yang kita kaji maka perhitungan akan semakin kompleks dan yang jelas akan membutuhkan resource komputer yang besar dan waktu perhitungan yang lama.

Kelas ketiga dari electronic structure method adalah Density Functional Theory (DFT). Berbeda dengan HF, DFT tidak menganggap elektron sebagai satu barang individual melainkan, menggunakan sebuah fungsional untuk menggambarkan kerapatan elektron. Hal menarik dari DFT adalah telah mengikutsertakan korelasi antar elektron di dalamnya. Oleh karena itu, dalam beberapa kasus DFT menjadi lebih akurat daripada HF. Karena secara default HF tidak menghitung korelasi antar elektron, maka lahirlah metode-metode ab initio baru yang meng-handle masalah ini yaitu :MPn, CI, CASSCF dll.

Setelah kita memilih metode yang akan kita gunakan, selanjutnya adalah kita harus memilih basis set apa yang akan kita pakai. Basis set adalah representasi matematis dari orbital molekul. Pemilihan basis set sangat berpengaruh dalam akurasi hasil perhitungan. Selain itu, besar kecilnya basis set yang kita pakai juga akan berpengaruh pada resource komputer yang digunakan. Selain itu, pertimbangan tentang open atau closed shell juga perlu diperhatikan

Semoga bermanfaat!
#Exploring Chemistry with electronic structure method

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