FAQ : soal-soal ujian kimia komputasi

Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh..

Salah satu trik menghadapi ujian baik itu ujian mid dan akhir adalah dengan mencari faq (frequently asked question) karena biasanya (tidak semua) dosen itu membuat soal hanya itu-itu saja. Kadang ada juga dosen yang soalnya selalu berubah-ubah, biasanya mereka yang soalnya diambil dari publikasi atau sifatnya seperti analisis.

Dalam kuliah kimia komputasi pun demikian, ada dosen yang soalnya cuma itu-itu saja dan ada juga yang soalnya berubah-ubah, paling tidak satu atau dua nomor yang berubah. Dalam tulisan ini aku ingin berbagi sedikit soal-soal yang sering dikeluarkan dalam ujian kimia komputasi tetapi jawabannya harus kalian sendiri ya hehe, maksudnya agar kalian tetap membaca buku dan belajaršŸ™‚.

Tipe soal pertama yaitu tipe analisis data, di sini kita diminta untuk menganalisis baik itu metode, step mana yang terbaik dengan set data tertentu, biasanya dibandingkan dengan eksperimental. Bisa juga kita diminta untuk menganalisis metode mana yang dapat diterapkan untuk mempelajari sesuatu hal dan metode mana yang tidak dapat diterapkan. Berikut contohnya :

1. Perhatikan data perhitungan kimia komputasi dengan program HyperChem menggunakan metode AM-1 tentang kestabilan thermodinamik dari kesetimbangan bentuk keto-enol. Energi yang dimaksud adalah beda energi antara bentuk enol dan keto.
keto
a. Untuk memprediksi sifat senyawa berdasar perhitungan kimia komputasi selalu didahului dengan proses optimisasi geometri. Mengapa demikian ? Apa yang terjadi selama proses optimisasi geometri ? Kapan optimasi geometri dinyatakan selesai ?

b. Jika saudara mendapatkan data perhitungan dengan dua metode yang berbeda (AM1 vs PM3) apakah Saudara dapat secara langsung membandingkan energi hasil perhitungan tersebut dan menyimpulkan bahwa yang berharga negatif lebih akurat ? Jelaskan jawaban Saudara.

c. Pada umumnya bentuk enol dari senyawa diketon lebih stabil daripada bentuk keto. Mengapa demikian ?

d. Jelaskan kaitan antara ukuran dari substituen pada C-3 senyawa 2,4-pentanadion dengan pergeseran keseimbangan ke arah bentuk keto.

e. Jelaskan adanya perubahan kestabilan ekstrem yang dapat terjadi jika gugus yang besar (seperti fenil) tersubstitusi pada C-3 untuk bentuk diketo ? Gambarkan struktur senyawa tersebut berdasarkan hasil optimasi.

f. Gambarkan bentuk keto dan enol dari senyawa 3-phenyl-2,4-pentanedion berdasarkan hasil optimasi struktur dengan program HyperChem.

2. Beberapa mahasiswa diberikan tugas menganalisis sifat suatu senyawa organik sederhana (BM rendah). Data yang ingin didapatkan adalah muatan atom, momen dipol, dan energi total sistem, sedemikian hingga data tersebut dapat dibandingkan dengan data eksperimen. Apakah pernyataan berikut benar atau salah, jelaskan pilihan Saudara.
a. Metode mekanika molekular dapat digunakan untuk maksud tersebut.
b. Metode semiempiris merupakan metode yang paling sesuai untuk tujuan di atas.
c. Metode ab initio memerlukan waktu yang terlalu lama untuk mencapai tujuan di atas.

3. Salah satu metode kimia komputasi yang digunakan untuk menentukan energi dari suatu senyawa adalah Mekanika Molekular. Persamaan mekanika molekular dinyatakan sebagai berikut
persamaan
a. Jelaskan makna masing-masing suku dalam persamaan di atas sehingga dapat dijelaskan kontribusi setiap komponenĀ  penentu besaran energi tersebut.

b. Jelaskan kekuatan dan kelemahan metode mekanika molekular dalam penentuan sifat senyawa.

4. Hasil perhitungan kimia komputasi untuk senyawa metanol dengan berbagai metode kimia komputasi disajikan dalam tabel berikut:
snapshot3
a. Jelaskan fakta bahwa metode MM+ tidak mampu menentukan secara tepat momen dipol dari metanol.

b. Jelaskan apa yang dimaksud dengan notasi himpunan basis yang terdapat pada metode ab initio di atas (STO-3G, 3-21G, 6,31G, 6-31G*, 6-31G**)

c. Pilih himpunan basis mana yang tepat untuk penentuan sifat metanol, jelaskan alasan Saudara.

d. Apakah Saudara dapat menggunakan parameter energi total (kolom ke-2) untuk menentukan ketepatan metode kimia komputasi dalam penentuan sifat metanol? Jelaskan.

e. Dengan melihat hasil perhitungan di atas, tentukan metode mana yang paling tepat untuk menentukan sifat dari metanol. Jelaskan jawaban Saudara

Contoh soal yang biasanya diambil dari publikasi adalah sebagai berikut :

Untuk keseluruhan soal ini, baca dan perhatikan artikel yang dimuat dalam Journal of Computational Chemistry, Vol. 19, No. 12, 123-128 (1998) dengan judul ā€œMolecular Structures and Conformations: Experiment and Theory (Oberhammer H.)

1. Di dalam kimia komputasi dikenal beberapa pendekatan teoritis dalam menghitung energi suatu molekul, yaitu metoda Mekanika Molekular, Semi Empiris, Ab Initio dan Post SCF. Perhatikan Table II; kelompokkan metode teoritis tersebut pada kolom 1 sesuai dengan jenis metode kimia komputasi.

2. Jelaskan notasi metode perhitungan berikut (Table II)
a. HF/6-31G*
b. MP4/6-31G*//MP2/6-31G*

3. Perlunya metode perhitungan yang melibatkan korelasi elektron untuk senyawa-senyawa tertentu dapat dilihat pada tabel V. Jika digunakan parameter eksperimental sebagai suatu harga yang diakui kebenarannya, berikan uraian singkat mengapa hasil perhitungan dengan metode XI dan XII cukup mendekati dengan hasil eksperimen, berlawanan dengan metode I, IIĀ  dll.

4. Berikan komentar tentang kesimpulan yang diberikan oleh penulis, berkait dengan peranan kimia komputasi dalam analisis struktur dan konformasi suatu senyawa.
Soal-soal di atas tadi lebih mengarah ke analisis dan biasanya bersifat buku tertutup.

Tipe soal kedua adalah yang menanyakan tentang definisi, misalnya seperti berikut ini :

1. a. Jelaskan apa yang dimaksud dengan metode medan keajekan diri (SCF, Self Consistent Field) pada perhitungan ab initio.
b. Mengapa perhitungan ab initio selalu diselesaikan dengan proses iterasi ?
c. Kondisi apa yang harus dicapai untuk dapat mengatakan bahwa perhitungan ab initio sudah selesai.

2. Jelaskan maksudĀ  notasi basis set di bawah ini dan jelaskan termasuk pada kategori basis set yang mana (minimal, split valence, polarization atau diffuse basis set)
a. STO-3GĀ Ā  Ā Ā Ā  Ā b. 3-21G
c. 6-31G*Ā Ā  Ā Ā Ā  Ā d. 6-31++G

3. Jika Saudara diminta untuk menentukan perhitungan sifatļ€­sifat molekul air dengan menggunakan program kimia HyperChem.
a. Metode perhitungan kimia yang mana yang diperkirakan cocok ? Molekular mekanik, semiempiris atau ab initio, jelaskan jawaban Saudara.
b. Tentukan parameter perhitungan yang harus Saudara masukkan sebagai input program HyperChem, sesuai dengan jawaban Saudara pada 3a.
c. Sifatļ€­sifat molekul apa yang Saudara dapatkan dari perhitungan tersebut. Jelaskan.

4. Metode semimpiris merupakan suatu metode perhitungan kimia komputasi yang dapat dijalankan lebih cepat daripada ab initio. Jelaskan mengapa demikian. Jelaskan pendekatan/penyederhanaan perhitungan yang digunakan pada metode semiempiris. Apakah metode semiempiris memerlukan pemilihan basis set ? Jelaskan.

Soal ujian kimia komputasi tidak akan jauh-jauh dari pertanyaan di atas. Jawaban dari soal-soal tersebut sebenarnya ada di buku-buku kimia komputasi, baik yang dikarang oleh dosen dalam negeri seperti prof. harno d.p atau buku-buku berbahasa inggris, intinya kita harus rajin membaca dan belajar. Oke, cukup sekian dan semoga bermanfa’at!

# diambil dari koleksi soal-soal selama kuliah

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