efek relativistik kimia komputasi

Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh..

Kali ini aku ingin membahas sedikit tentang relativistic effect. Hmm, mungkin hal ini kurang begitu familiar karena relativistic effect muncul ketika bekerja dengan elemen-elemen yang berat seperti golongan transisi (perak, emas, tembaga), golongan aktinida, golongan orbital f. Efek ini menyebabkan panjang ikatan naik, warna kuning dari emas, dan fasa cair merkuri dll.

Persamaan Schrodinger merupakan deskripsi non relativistic untuk molekul dan atom. Dengan kata lain, kita perlu memasukkan relativistic effect untuk mendapatkan hasil yang akurat untuk perhitungan ab initio. Dalam prakteknya, relativistic effect sering diabaikan terutama jika kita bekerja dengan elemen-elemen yang ringan. Dengan semakin meningkatnya kemampuan komputer, maka akan semakin mudah melakukan perhitungan untuk elemen-elemen berat dan pemahaman tentang relativistic effect perlu diketahui.

Faktanya adalah elektron memiliki spin intrinsik yang muncul dari persamaan mekanika kuantum. Meskipun persamaan schrodinger tidak memprediksi hal tersebut, tapi fungsi gelombang adalah anti-simetris dan memiliki dua elektron per orbital yang digunakan untuk perhitungan nonrelativistic. Tentu kita masih ingat dengan mass defect (itu tuh di akhir2 pelajaran fisika pas kelas 3 SMA), di mana massa elektron meningkat hingga mencapai beberapa persen dari kecepatan cahaya. Hal ini akan memepengaruhi orbital s di dekat inti di mana orbital s dan p akan ditarik lebih dekat ke inti sehingga menciptakan halangan di sekeliling inti yang menyebabkan orbital d dan f akan membesar, membuat panjang ikatan meningkat. Yang harus diingat adalah perhitungan mass defect harus dimasukkan ke dalam elemen yang berat, dengan nomor atom 55 ke atas.

Di dalam atom sebenarnya terdapat banyak muatan yang bergerak antara lain spin intrinsik elektron, gerakan orbital, dan spin inti. Setiap gerakan akan menciptakan medan magnet. Spin coupling merupakan interaksi magnetik yang disebabkan oleh medan magnet. Spin-orbit coupling merupakan yang paling signifikan untuk logam transisi paling ringan dan spin-spin coupling merupakan yang paling penting untuk aktanida yang paling berat. Untuk elemen yang berada di antara dua batas ekstrim ini spin-orbit biasanya dimasukkan dan spin-coupling yang lain biasanya hanya kadang-kadang saja. Ukuran orbital p biasanya relatif tetap karena antara mass defect dengan spin-orbit saling menghilangkan.

Fakta lain yang muncul dari relativistic di mekanika kuantum adalah munculnya dua keadaan energi yang berbeda, negatif dan positif. Negatif berkaitan dengan elektron dan positif berkaitan dengan positron.

Cara untuk menangani relativistic effect bisa bermacam-macam antara lain dengan perluasan hartree-fock yaitu dirac hartree-fock, memasukkan relativistic effect ke dalam basis set dan menggunakan metode yang menghitung relativistic secara eksplisit. Namun demikian, cara yang paling umum digunakan adalah yang memasukkan relativistic effect ke dalam basis set atau lebih tepatnya ke dalam ECP yang sering disebut dengan parameterized relativistic effective core potential (RECP). Perhitungan menggunakan core potential sendiri tidak memasukkan persamaan relativistik melainkan efek relativitas dari elektron inti. RECP sering digunakan karena lebih cepat (elektron bagian dalam digantikan dengan core potential) dan hanya sedikit metode semi empiris dan mekanika molekular yang diparameterisasi untuk atom-atom yang berat.

Metode yang secara eksplisit menghitung relativistic effect jarang dibahas karena memakan waktu yang lebih lama, 100x levih lama dari hartree-fock biasa. Beberapa teknik yang dikenal efisien antara lain dirac hartree-fock dan ZORA (Zero-order regular approximation) ZORA dikenal sebagai metode yang paling efisien dalam hal ini. Oia, relavitistic effect juga ada lho di density functional theory (DFT). Relativistic DFT bisa diformulasikan menggunakan formula Pauling atau ZORA. Selain itu, beberapa versi relativistic dari PM3, AM1, CNDO. INDO dan extended Huckel juga ada. Oke, cukup sekian dulu dan lain kali kita sambung lain, semoga bermanfa’at!

# Young, D. C, 2001, Computational Chemistry: A Practical Guide for Applying Techniques to Real-World Problems, John Wiley & Sons,  New York

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