Metode Semi Empirik dalam Kimia Komputasi

METODE SEMI EMPIRIK

I.                   Pendahuluan

            Metode  kimia komputasi dapat dibedakan menjadi 2 bagian besar yaitu mekanika molekular dan  metode struktur elektronik yang terdiri dari ab-initio dan semi empiris. Pemilihan penggunaan suatu metode disesuaikan dengan hasil yang ingin diperoleh dan waktu yang tersedia. Metode mekanika molekuler menggunakan persamaan Newtonian klasik dalam menyelesaikan perhitungannya sedangkan metode semi empirik dan metode ab-initio melakukan pendekatan berdasarkan pada hukum-hukum mekanika kuantum (Pranowo dkk, 2003).

II.                Metode Semi Empiris

            Metode semi empirik merupakan metode kimia komputasi yang menggunakan data eksperimental atau perhitungan ab-inito yang akurat yang digunakan untuk menyederhanakan perhitungan berdasar kimia kuantum ab-initio. Metode semi empiris berdasar pada pendekatan HF. Matrik Fock disusun dan persamaan diselesaikan secara iteratif. Pendekatan dilakukan terhadap penyusunan matrik fock, atau dalam penyederhanaan pada energi sistem (Pranowo, 2006)

Metode semi empirik yang terdapat dalam program HyperChem meliputi metode extended huckel, CNDO, INDO, MINDO3, MNDO, MNDO/d, AM1, PM3, ZINDO/1 dan ZINDO/s.

1.     1.  Metode extended huckel

Kalkulasi dalam metode extended huckel mengabaikan semua interasi elektron-elektron sehingga perhitungannya sangat cepat namun kurang akurat. Model ini menyediakan penilaian kualitatif terhadap bentuk dan energi relatif dari orbital molekul. Model extended huckel ini bagus untuk visualisasi kimia dan dapat diaplikasikan pada perlakuan ‘orbital frontier’ pada reaktivitas kimia (Dorsett, 2000).

2.     2.  NDO (Neglect of differential Overlap)

Model NDO ini mengabaikan beberapa interaksi elektron-elektron tetapi tidak semuanya. Metode Hartree Fock Self-Consistent Field (HF-SCF) digunakan untuk menyelesaikan persamaan schrodinger dengan beberapa pendekatan (Dorsett, 2000):

2.1  Complete NDO (CNDO)

Metode CNDO ini mengabaikan hampir semua sifat dari pergantian elektron, dan tidak membedakan  antara keadaan yang memiliki konfigurasi elektron sama tetapi membedakan nilai spin elektron.

2.2  Intermediate NDO (INDO)

Dalam metode ini, perbedaan overlap antara orbital dalam atom yang sama digunakan sebagai nilai tolakan elektron, akan tetapi mengabaikan perbedaan overlap antara orbital pada atom yang berbeda.

2.3  Modified NDO (MINDO)

Merupakan versi reparameterisasi dari metode INDO yang dioptimasi untuk memprediksi entalpi pembentukan geometri molekular terutama untuk senyawa yang mengandung sulfur, karbokation dan senyawa organic polinitro.

2.4  Zerner’s NDO Method (ZINDO/1 dan ZINDO/s)

Zerner’s NDO ini dikembangkan  untuk digunakan dalam sistem molekular yang mengandung logan transisi. ZINDO/1 dioptimasi untuk memprediksi struktur geometri dan ZINDO/s dioptimasi untu memprediksi spektra UV.

3.      3. NDDO (neglect of diatomic differential overlap)

Metode NDDO ini dibangun berdasar metode NDO  dengan melibatkan densitas overlap antara dua orbital pada satu atom yang berinteraksi dengan densitas orbital  antara dua orbital pada atom yang sama.

3.1 Modified NDO (MNDO)

Merupakan metode yang dikenalkan untuk mengatasi beberapa masalah yang terkait dengan MINDO/3. Metode MNDO kurang baik kerjanya untuk molekul dengan sterik tinggi, cincin beranggota 4, ikatan hidrogen, senyawa hypervalent, nitro group dan peroksida. Secara umum, MNDO memberikan overestimasi  dari pengaruh kesesakan sterik pada reaksi kimia (Dorsett, 2000).

3.2 Austin Method, versi 1 (AM1)

Dinamakan austin model I karena disusun oleh Dewar ketika berada di University of Texas di Austin. Hanya satu kunci penyelesaian yang berbeda dengan metode MNDO yaitu : penggunaan suku baru dalam menggambarkan interaksi antar inti. Tolakan dalam MNDO diperlakukan sebagai jarak kontak van der Waals (Pranowo, 2006).

3.3 Parameterisation Method, versi 3 (PM3)

Dinamakan demikian karena ini merupakan parameterisasi ketiga dari NDDO, dengan MNDO dan AM1 sebagai yang pertama dan kedua. Hampir sama dengan AM1. Perbedaan filosofi digunakan untuk memilih parameter untuk AM1 dan PM3. Kedua hamiltonian sangat baik dan cukup berguna untuk sistem yang bervariasi secara luas (pada khususnya untuk senyawa organik). Data yang dihasilkan dari metode iniselalu benar dan sering menunjukan kekuatan dan kelemahan daripada variasi analisis struktur dan energi molekul (Pranowo, 2006)

Berikut merupakan kelebihan dan kelemahan dari metode semi empiris :

Kelebihan	Kekurangan
·         Kalkulasi lebih cepat dibandingkan dengan metode ab-inito dapat digunakan untuk pemodelan molekul besar ·         Mengukur keadaan transisi dan keadaan tereksitasi	·         Membutuhkan data eksperimen atau hasil perhitunhan ab initio untuk parameter shingga harus dilakukan pemilihan metode semi empiris dengan memperhatikan golongan senyawa yang akan dianalisi ·         Kurang akurat dibandingakn dengan metode ab-initio

Contoh aplikasi dari metode semi empiris yaitu sebagai berikut :

            Salah satu aplikasi dari metode semi empiris yaitu untuk optimisasi struktur molekular geometri dan juga untuk menganalisis spektra transisi elektronik suatu senyawa.

Pada Jurnal Analisi Spektra Trasnsisi Elektronik Senyawa Tabis Surya MAA’S-Gly Pada Konfigurasi Dimer dan Konfigurasi Solut-Etanol (Tahir dkk, 2007), dilakukan suatu percobaan untuk mengkoreksi akurasi pemodelan senyawa tabir surya dimana kajian dilakukan dengan cara membuat model molekul senyawa tabir surya yang kemudian dilakukan optimasi geometri menggunakan metode semi-empiris PM3 dan dilanjutkan dengan analisis spektra transisi elektronik menggunakan metode ZINDO/s. Kalkulasi ini bertujuan untuk mengetahui perbedaan spektra transisi elektronik pada konfigurasi dimer dan juga konfigurasi solut dengan pelarut etanol.

            Proses optimasi geometri yang dilakukan yaitu berupa minimasi energi struktur untuk memperoleh konformasi struktur terstabil dengan menggunakan metode semi empiris PM3. Metode optimasi berdasarkan metode Polak-Ribiere. Sedangkan pada analisis spektra transisi elektronik, pada model senyawa dilakukan perhitungan single pointmenggunakan metode semi empiris ZINDO/s. Perhitungan dilakukan dengan menjalankan secara bersamaan Restricted-Hatree Fock (RHF) dengan Configuration interaction (CI)-Single excited dengan batasan HOMO dan LUMO masing-masing 5. Setelah perhitungan dijalankan, diperoleh spektra transisi elektroni berupa panjang gelombang dan intensitas serapan berupa kekuatan osilasi yang berupa spektra diskontinu.

            Melalui kajian menggunakan metode semi empiris PM3 dan ZINDO/s ini dapat diketahui perbedaan spektra transisi elektronik untuk senyawa tabir surya pada konfigurasi dimer dan juga spektra transisi elektroni pada konfigurasi solut dengan etanol yang nantinya dapat dibandingkan dengan data hasil eksperimen.

III.             Daftar Pustaka

Dorsett, H and A. White, 2000, Overview of Molecular Modelling and Ab-Initio

                Molecular Orbital Method Suitable for Use with Energetic Materials, DSTO Aeronautical                   and Maritime Research Laboratory, Australia.

Pranowo, H. D., 2006, Kimia Komputasi, Pusat Kimia Komputasi Indonesia Austria, Jurusan Kimia
                FMIPA UGM.

 Pranowo, H. D., Tuti Hartati Siregar, dan Mudasir, 2003, Kajian Teoritis  Pengaruh Molekul Air                       Terhadap Konformasi Eter  Dibenzo-18-Mahkota-6  Tersubstitusi dalam                                               Mengkomplekskan Kation Logam Na²⁺ dengan Menggunakan Metode Semi Empirik                           MNDO/d, Indonesian Journal of Chemistry, Volume 3, Nomor 2, Halaman 111-117.

 Tahir, I., Karna Wijaya, Roto dan Ari Ahmadi, 2007,  Analisis Spektra Trasnsisi Elektronik Senyawa                Tabis Surya MAA’S-Gly Pada  Konfigurasi Dimer dan Konfigurasi Solut-Etanol, Berkala                  MIPA, Volume 17, Nomor 2.