''ENERGI INTERAKSI ION LOGAM DENGAN AIR''





ACARA 1
ENERGI INTERAKSI ION LOGAM DENGAN AIR

1.    Tujuan
·      Menghitung energi interaksi ion logam Na+, Mg2+ dan Fe3+ dengan air
·      Menggambarkan kurva energi interaksi terhadap variasi jarak ion logam - air
2.    Dasar teori
Kimia komputasi adalah cabang ilmu kimia yang menggunakan hasil kimia teori yang diterjemahkan ke dalam program komputer untuk menghitung sifat-sifat molekul dan perubahannya. Kimia komputasi dapat pula melakukan simulasi terhadap sistem-sistem besar (atau banyak molekul protein gas, padatan, cairan, dan kristal cair) dan menerapkan program tersebut pada sistem kimia nyata. Contoh sifat-sifat yang dihitung antara lain struktur aatom, energi dan selisih energi, muatan, momen dipole, kereaktifan, frekuensi getaran, dan besaran spektroskopi lainnya. Simulasi terhadap makromolekul (seperti protein dan asam nukleat) dan system besar bisa mencakup kajian konformasi molekul dan perubahannya (misalnya proses denaturasi protein), perubahan masa, serta peramalan sifat-sifat makroskopik (seperti kalor jenis) berdasarkan perilaku tingkat atom dan molekul. Istilah kimia komputasi sering digunakan juga sebagai ilmu komputer dan kimia (Prianto, 2007).
Interaksi antarmolekul merupakan landasan penting dalam memahami bagaimana atom dan molekul berorganisasi dalam suatu sistem kimia (self organization) (Karlstrom and Jonsson, 2005; Sokalski and Leszczynski, 2004). Interaksi antarmolekul berperan dalam menentukan sifat-sifat gas, cairan, padatan dan molekul penyusun (self asembly) dalam sistem biologi. Potensial antarmolekul bergantung pada koordinat internal yang membentuk geometri molekul (Sokalski and Leszczynski, 2004).
Potensial Lennard-Jones diberikan persamaan sebagai berikut:
[V=4ϵ[(σr)12−(σr)6]
Di mana V adalah potensi antarmolekul antara dua atom atau molekul. ε adalah kedalaman dan ukuran seberapa kuat dua partikel menarik satu sama lain. σ adalah jarak di mana potensi antarmolekul antara dua partikel adalah nol. σ memberikan pengukuran seberapa dekat dua partikel nonbonding bisa mendapatkan dan dengan demikian disebut sebagai radius Van der Walls. Hal ini sama dengan satu-setengah dari jarak antara partikel antar inti nonbonding. Dan terakhir, r adalah jarak pemisahan antara kedua partikel (diukur dari pusat satu partikel ke pusat partikel lain) (Royer,1968).
3.    Metodologi penelitian
3.1. Alat
 Alat yang digunakan adalah software Hyperchem professional ver. 7.0; laptop model DELL kapasitas RAM 2 Gb Intel CORE Duo.
3.2. Cara kerja
Masuk ke program Hyperchem. Cursor ditetapkan sebagai draw (menggambar) pada menu,lalu klik dua kali pada menu draw hingga muncul kotak susunan berkala unsur dan pilih atom oksigen sebagai cursor. Cursor diklik satu kali pada canvas gambar Hyperchem hingga muncul satu atom oksigen pada kanvas dalam bentuk lingkaran merah. Masuk ke dalam menu build,lalu klik add H and model build,hingga muncul senyawa air. Periksa kembali kebenaran gambar senyawa air tersebut. Jika masih salah ulangi menggambar. Jika benar, simpan gambar pada folder kerja anda. Cursor diganti sebagai atom logam Na,lalu tempatkan atom Na pada posisi Na mendekati atom oksigen dengan jarak 1 angstrom,denngan mengatur jarak Na-air pada gambar. Kemudian menyimpan gambar model system. Masuk ke menu setup, lau klik pada ab initio. Minimum basis set dipilih sebagai perhitungan. Masuk ke option dan masukkan muatan dan spin multiplicity sesuai dengan system yang dihitung. Spin multiplicity = 2s + 1,dengan harga s ½ untuk satu electron tak berpasangan. Masuk kedalam menu file lalu klik pada start log dan menyimpan dengan nama file tertentu dalam folder anda untuk mencatat semua perhitungan anda. Energy kompleks dihitung dengan memilih single point pada menu compute, dengan parameter berikut: algoritma = polka-ribiere, RMS gradient = 0,01 kkal/(angstrom.mol), maksimum siklus = 100,in vacuo. Setelah perhitungan selesai yang ditandai dengan ada data energy pada bagian kiri bawah kanvas, lalu masuk kembali ke menu file lalu klik stop log. Energy system dicatat dari file hasil start log yang anda buat. Energy single point dihitung untuk masing – masing ion Na+ dan molekul air pada koordinat struktur kompleks ion Na+ dengan air. Energy ion Na+ dihitung dengan cara menghapus molekul air pada struktur kompleks Na-air, lalu menghitung single point. Energy air dapat dihitung dengan cara menghapus ion Na+ pada struktur kompleks Na-air,lalu menghitung single point. Perhtungan diulangi untuk jarak antara ion Na+ dengan air adalah 2,5;6; dan 10 angstrom,kemudian menggambar kunrva energy interaksi terhadap jarak ion Na+ dengan air. Diulangi hal diatas dengan logam Mg2+ dan Fe3+
4.    Hasil dan pembahasan
       4.1 Data pengamatan
       4.1.1 Struktur ion kompleks Na-air pada jarak 1 angstrom
         


4.1..2 Struktur ion kompleks Na-air pada jarak 2,5 angstrom


4.1.3 Struktur ion kompleks Na-air pada jarak 6 angstrom



4.1.4 Struktur ion kompleks Na-air pada jarak 10 angstrom



4.1.5 Struktur ion kompleks Mg-air pada jarak 1 angstrom




4.1.6 Struktur ion kompleks Mg-air pada jarak 2,5 angstrom


4.1.7 Struktur ion kompleks Mg-air pada jarak 6 angstrom


4.1.8 Struktur ion kompleks Mg-air pada jarak 10 angstrom



4.1.9 Struktur ion kompleks Fe-air pada jarak 1 angstrom



4.1.10 Struktur ion kompleks Fe-air pada jarak 2,5 angstrom



4.1.11 Struktur ion kompleks Fe-air pada jarak 6 angstrom


4.1.12 Struktur ion kompleks Fe-air pada jarak 10 angstrom


4.2            Perhitungan
Einteraksi = [Ekompleks Na-air] – [ENa+ ] – [Eair]
·  Jarak 1 angstrom
 [Ekompleks Na-air] = -146442.3906
   [ENa+ ] = -100266.3672
   [Eair] = -47038.56641
   Einteraksi =  862.54301

·         Jarak 6 angstrom
  [Ekompleks Na-air]= -147307.9375
  [ENa+]= -100266.3672
  [Eair]= -47038.56641
Einteraksi =  -3.00389

·      Jarak 2,5 angstrom
  [Ekompleks Na-air]= -147329.8594
  [ENa+]= -100266.3672
[Eair]= -47038.56641
Einteraksi -24.92579

·         Jarak 10 angstrom
  [Ekompleks Na-air]= -147306.0781
  [ENa+]= -100266.3672
  [Eair]= -47038.56641
  Einteraksi = -1.14449





Einteraksi = [Ekompleks Mg-air] – [EMg+2 ] – [Eair]
·       Jarak 1 angstrom
 [Ekompleks Mg -air] = -169427.5576771
     [E Mg 2+ ] = -123313.107153
     [Eair] = -47038.567279
     Einteraksi = 924.1167549

·     Jarak 6 angstrom
  [Ekompleks Mg -air]= -170357.918051
  [E Mg 2+]= -123313.107236
  [Eair]= - 47038.567260
Einteraksi =  -6.243555
·      Jarak 2,5 angstrom
  [Ekompleks Mg -air]= -170413.230874
  [E Mg 2+]= -123313.107236
[Eair]= - 47038.567280
Einteraksi -61.556358

·      Jarak 10 angstrom
  [Ekompleks  Mg -air]= -170353.977979
  [E Mg 2+]= -123313.107236
  [Eair]= -47038.56726
  Einteraksi = -2.303483
Einteraksi = [Ekompleks Fe-air] – [EFe3+ ] – [Eair]
·  Jarak 1 angstrom
 [Ekompleks Fe-air] = -829029.695125
   [EFe+3 ] = -782586.92227
   [Eair] = -47038.567305
   Einteraksi = 595.79445

·                                  Jarak 6 angstrom
  [Ekompleks Fe-air]= -810780.213606
  [EFe3+]= -782639.341330
  [Eair]= - 47038.567284
Einteraksi = 18897.695008

·      Jarak 2,5 angstrom
  [Ekompleks Fe-air]= -829754.175538
  [EFe3+]= -782638.761330
[Eair]= - 47038.567305
Einteraksi -76.846903

·                                  Jarak 10 angstrom
  [Ekompleks Fe-air]= -813098.889631
  [EFe3+]= -783547.316656
  [Eair]= -47038.567283
  Einteraksi = 17486.994308




4.3            Pembahasan

HyperChem ialah suatu program simulasi dan pemodelan molekular yang memungkinkan perhitungan kimiawi yang kompleks. Software ini dapat digunakan untuk menggambar struktur kimia, optimasi geometri dengan berbagai macam model, study molecular dinamik dasar, study QSAR dan lain-lain. HyperChem mengkombinasikan kemampuan optimasi untuk teknik mekanika kuantum dan mekanika molekuler dengan fasilitas manipulasi dan visualisasi struktur. simulasi dinamika molekul dan pengaturan yang sesuai kehendak pengguna, dengan program HyperChem, kita dapat menentukan struktur stabil dengan cara yang mudah. Penentuan struktur yang stabil dari molekul merupakan langkah perhitungan yang paling umum terjadi pada pemodelan molekul. Energi relatif dari struktur teroptimasi yang berbeda akan menentukan kestabilan konformasi, keseimbangan isomerisasi, panas reaksi, produk reaksi, dan banyak aspek lain dari kimia (Shabrina, 2011).
Praktikum ini dilakukan untuk menentukan energy interaksi antara ion logam dan menentukan kurva potensial Lennar-Jones. Setelah digambar pada aplikasi hyperchem dan ditentukan masing – masing energy dari kompleks Na-air, Na+, dan air,akhirnya dapat dihitung energy interaksi dan di buat kurva potensial Lennard – Jones. Berikut tabel yang sudah dibuat:
Tabel 1. Energi Potensial terhadap Jarak logam Na
Jarak
Energi Na-air
Energi Natrium
Energi air
Energi interaksi
1.0095
-146442.3906
-100266.3672
-47038.56641
862.54301
2.49079
-147329.8594
-100266.3672
-47038.56641
-24.92579
6.08536
-147307.9375
-100266.3672
-47038.56641
-3.00389
9.97412
-147306.0781
-100266.3672
-47038.56641
-1.14449
Tabel 2. Energi Potensial terhadap Jarak logam Mg
Jarak
Energi Mg-air
Energi Mg
Energi air
Energi interaksi
0.960728
-169427.5576771
-123313.107153
-47038.567279
924.1167549
2,515
-170413.230874
-123313.107236
- 47038.567280
-61.556358
6,11406
-170357.918051
-123313.107236
- 47038.567260
-6.243555
10,0059
-170353.977979
-123313.107236
-47038.56726
-2.303483

Tabel 3. Energi Potensial terhadap Jarak logam Fe
Jarak
Energi Mg-air
Energi Mg
Energi air
Energi interaksi
1.04695
-829029.695125
-782586.92227
-47038.567305
595.79445
2.56806
-829754.175538
-782638.761330
- 47038.567305
-76.846903
6.0188
-810780.213606
-782639.341330
- 47038.567284
18897.695008
10.2515
-813098.889631
-783547.316656
-47038.567283
17486.994308

Bisa dilihat perhitungan energy interaksi dilakukan dalam berbagai jarak antara ion logam Na+,Mg2+ dan Fe3+ dengan air. setelah dapat energy interaksi, maka selanjutnya membuat kurva potensial Lennard – Jones. Berikut kurva Lennard – Jones yang telah dibuat:


Kurva 1. Energi Potensial terhadap Jarak Ikatan Na-air

Kurva 2. Energi Potensial terhadap Jarak Ikatan Mg-air


Kurva 3. Energi Potensial terhadap Jarak Ikatan Fe-air
Grafik Lennard –Jones di atas menggambarkan hubungan antara jarak interaksi dengan energi interaksi geometri dengan menggunakan variasi jarak interaksi. Perhitungan variasi jarak interaksi dilakukan dengan menggunakan selisih 2 titik. Semakin dekat interaksi maka akan terjadi gaya tolak-menolak yang mengakibatkan energi interaksi mencapai maksimum yang berarti belum stabil. Dengan adanya penambahan jarak interaksi akan mengurangi gaya tolak antarinti maupun antarelektron hingga dicapai kestabilan pada jarak interaksi tertentu dengan energi bernilai negative sesuai dengan grafik Lennard-Jones mengenai interaksi antarmolekul (ikatan hidrogen dan Van Der Waals), dimana pada jarak yang jauh belum terjadi interaksi, kemudian terjadi tarik-menarik dari interaksi Van Der Waals, dan pada jarak yang dekat terjadi tolak-menolak yang kuat (Hasanah et al, 2013).
Potensial Lennard - Jones merupakan fungsi dari jarak pusat antara dua partikel . Ketika dua partikel nonbonding terpisah dengan jarak yang tak terbatas , kemungkinan mereka datang bersama-sama dan berinteraksi adalah minimal. Oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa energi potensial ikatan mereka adalah nol. Namun, karena jarak pemisahan menurun, kemungkinan interaksi meningkat. Partikel mendekat bersama-sama sampai mereka mencapai daerah pemisahan dimana dua partikel menjadi terikat dan energi potensial ikatan mereka menurun dari nol untuk menjadi bernilai negatif . Sementara partikel terikat , jarak antara bagian pusat akan terus menurun sampai partikel mencapai ekuilibrium , yang ditentukan oleh jarak pemisah di mana energi potensial minimum tercapai ( UCDavis, 2005).
Jika kita terus mendorong dua partikel terikat bersama-sama melewati jarak keseimbangan mereka, maka tolakan mulai terjadi , sebagai partikel yang berada dekat satu sama lain maka elektron mereka akan dipaksa untuk menempati orbital masing-masing . Oleh karena itu , tolakan terjadi karena setiap partikel mencoba untuk mempertahankan ruang dalam orbital masing-masing . Meskipun gaya tolak antara kedua partikel , energi potensial ikatan mereka meningkat pesat sebagai jarak pemisahan antara partikel akan menurun di bawah jarak keseimbangan( UCDavis, 2005).
Pada energi potensial ikatan, stabilitas suatu susunan atom juga merupakan fungsi dari jarak pemisahan Lennard-Jones. Jarak pemisahan menurun di bawah ekuilibrium sehingga energi potensial menjadi semakin positif (gaya tolak). Energi potensial yang besar secara energi tidak disukai karena menunjukkan tumpang tindih orbital atom. Namun, pada jarak pemisahan yang panjang, energi potensial adalah negatif dan mendekati nol sebagai jarak pemisahan yang meningkat hingga tak terbatas (gaya menarik). Hal ini menunjukkan bahwa pada jarak yang jauh, sepasang atom atau molekul mengalami gaya penstabilan yang kecil. Pemisahan antara dua partikel mencapai jarak sedikit lebih besar dari ó, energi potensial mencapai nilai minimum (gaya adalah nol). Pada titik ini, pasangan partikel yang paling stabil dan akan tetap dalam orientasi itu sampai kekuatan eksternal yang diberikan kepada mereka (UCDavis, 2005). Pada kurva Na-air dan Mg-air hasilnya sama dengan grafik Lennard-Jones disebabkan adanya interaksi electron dan dua inti atom yang berpeda sehingga menimbulkan berbagai macam energi pada variasi jarak. Namun pada interaksi logam Fe dengan air, kurva yang dihasilkan tidak sesuai dengan diagram Lennard-Jones.

5.    Kesimpulan
1.        Energy interaksi ion logam Na+, Mg2+ dan Fe3+ dengan air pada jarak 1;2,5;6 dan 10 angstrom berturut – turut sebesar  862.54301; -24.92579; -3.00389 dan -1.14449; 924.1167549, -61.556358, -6.243555 dan -2.30348
3; 595.79445, -76.846903, 18897.695008 dan 17486.994308.
2.        Kurva energy interaksi terhadap variasi jarak ion logam-air dapat dibuat setelah didapatkan energy interaksi ion logam dengan air dalam berbagai jarak.

DAFTAR PUSTAKA

Hasanah, N., et al. 2013. Studi Interaksi Segmen Trimer Kitosan dengan Asam Askorbat secara Komputasi Ab Initio dan Eksperimen. ChemInfo: Vol 1,No 1, Hal 210-219.

      Karlstrom, G., and Jonsson, B., 2005, Intermolecular Interaction, Theoretical Chemistry, Lund University.
                                                           
            Prianto, Bayu, 2007, Pemodelan Kimia Komputasi, Berita Dirgantara, Vol.8, Halaman 1-2.
                                      
            Royer, Donald J., 1968, Bonding Theory, New York, NY.:McGraw-Hill, Inc.
                            
  Shabrina, 2011, Optimasi Struktur Molekul [HyperChem], http://shabrina-chemist.blogspot.com/2011/12/optimasi-struktur-molekul.html (diakses pada tanggal 13 Desember  2014).
   
          Sokalski, W. A., and Leszczynski, J., 2004, Molecular Material with Specific Interactions (Modelling and Design), published by Springer.

 UCDavis. 2005. Lennard-Jones Potential. Available online at: http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Quantum_Mechanics/Atomic_Theory/Intermolecular_Forces/Lennard-Jones_Potential (Diakses tanggal 13 Desember 2014).

Artikel yang Sama:

Bagikan Artikel Ini :

+ komentar + 1 komentar

9 Juni 2018 pukul 02.42

Terimakasih banyak kak, artikelnya sangat membantu untuk mengerjakan tugas :))

Posting Komentar

Artikel Yang Banyang Dicari

 
Support : Maju Terus Pantang Menyerah | Universitas Jenderal Soedirman | Purwokerto
Angkatan © 2011. Ilmu Kimia - Kimia Fakultas MIPA
Template Created by Creating Website Published by Mas Template
Proudly powered by Blogger