Integrasi termodinamik dan energi bebas Gibbs solvasi bagian 1

assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh

kali ini kita akan membahas mengenai pekerjaan kedua yang saya kerjakan di Ibk, aslinya sih hampir sama dengan pekerjaan pertama yang gagal itu hehehe.. pembimbing saya saja sampai nyerah karena tidak tahu masalahnya ada di manašŸ˜„

pekerjaan kali ini sebenarnya sederhan tapi sulit yaitu bagaimana cara kita menghitung energi bebas solvasi ion dalam air.Ā  sederhana bukan, tapi sulit baik dari segi eksperimen atau komputasi. dari segi eksperimen sulit karena kita harus benar-benar ‘mengisolasi’ kation saja tanpa ada ion lain, padahal kita tahu bahwa di mana ada ion kation di situ pasti ada ion anion. sementara di sisi komputasi hal ini menjadi sulit manakala energi bebas tidak saja melibatkan nilai entalpi (energi) tetapi juga melibatkan semua microstates (entropi) sistem. btw, mengapa sih harus menghitung nilai energi bebas ? hal ini dikarenakan energi bebas merupakan variabel yang mengontrol terjadinya proses kimia, istilahnya driving force reaksi kimia.

jika kalian masih ingat pelajaran Kimia di tingkat SMA pasti kalian tahu apa itu hukum Hess kan ? btw, mengapa sih ada hukum Hess ? hal ini dikarenakan dalam madzab termodinamik kita tidak peduli pada proses yang terjadi melainkan yang terpenting adalah bagaimana keadaan awal dan akhir sistem. berikut adalah gambaran prosesĀ  bagaimana menghitung energi bebas solvasi ion menggunakan hukum Hess

siklus_termokimia

apa penjelasan dari gambar di atas ? kita bisa mengartikan bahwa energi bebas solvasi ion Na+ dihitung dari perubahan energi bebas dari Na+ vakum menjadi X vakum kemudian, X vakum akan larut menjadi X tersolvasi dan terakhir X tersolvasi akan diubah menjadi Na+ tersolvasi.

secara simulasi dinamika molekular (ini yang akan kita bahas lebih lanjut dan mungkin menjadi pembahasan yang panjang) . salah satu metode yang umum digunakan adalah dengan pendekatan integrasi termodinamik. hmm, begini ceritanya :

ti

jadi pada dasarnya : kita akan menghitung perbedaan ‘states’ antara A dan B. di mana A merupakan kotak simulasi yang berisi air dan partikel ‘ghost’. kemudian keberadaaan partikel ‘ghost’ ini perlahan-lahan ditampakkan hingga akhirnya menjadi partikel ion ‘nyata’ (seperti yang terlihat dalam kotak B). pertanyaannya mengapa kotak yang di tengah itu valid padahal secara nyata, dalam kondisi eksperimen kotak tersebut tidak ada ? karena kita tidak mungkin mengatur agar ion bermuatan +0.5 kan ? jawabannya adalah karena kembali lagi bahwa dalam madzab termodinamik yang dilihat adalah kondisi awal dan akhir, bukan bagaimana kondisi akhir itu diperoleh.

dalam kotak A, semua molekul air benar-benar tidak merasakan keberadaan dari partikel ion, kemudian secara perlahan-lahan molekul air akan merasakan keberadaan dari partikel ion. hal ini akan berakibat pada dua hal, yaitu energi dan struktur. kok bisa ? iya karena sekarang kita memiliki energi interaksi antara ion dengan air dan yang kedua orientasi dari struktur antar molekul air pasti akan berubah karena adanya pengaruh dari ion.

pertanyaan yang muncul adalah bagaimana agar secara perlahan-lahan si ion berubah dari yang semula hantu menjadi nyata ? eh sebentar, sebelum kita menginjak pembahasan berikutnya : apakah kalian bisa merasakan ada yang aneh di kotak A ? misalkan kita punya kotak A yang berisi 3000 air dan 1 partikel ‘ghost’. dari sudut pandang energi potensial, si partikel ghost ini memang hantu karena dia sama sekali tidak berinteraksi dengan semua molekul air yang ada di kotak simulasi tetapi dari sudut pandang jumlah partikel, dia itu memang ada ! nah lho, bagaimana caranya agar kita tetap memperoleh deskripsi yang benar misalnya distribusi kecepatan dan momentum yang benar untuk semua partikel yang ada di kotak simulasi ?

 

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