''ENERGI POTENSIAL SEBAGAI FUNGSI SUDUT TORSI''

ACARA 2

ENERGI POTENSIAL SEBAGAI FUNGSI SUDUT TORSI

1.    Tujuan

·      Menghitung energi potensial sebagai fungsi sudut torsi pada ikatan tunggal.

·      Menggambarkan kurva energi potensial terhadap variasi sudut torsi pada konformasi ikatan tunggal.

·      Menentukan sudut torsi yang memberikan nilai energi potensial paling rendah.

2.    Dasar Teori

Salah satu prinsip utama dari energi potensial adalah hukum kekekalan energi, yang menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dihancurkan. Energi yang dikeluarkan untuk mengangkat suatu objek atau memampatkan pegas tidak hanya hilang, itu adalah “disimpan” sebagai energi potensial. Hal ini kemudian dilepaskan sebagai energi kinetik oleh gaya pemulih. Masukan energi sama dengan keluaran energi, tidak ada keuntungan atau kerugian energi secara keseluruhan.

Torsi merupakan hasil dari gaya pada media yang memiliki sudut (angular momentum) sehingga memiliki sudut relatif yang mempengaruhi besarnya gaya yang dihasilkan dalam suatu masa (Fiktor, 2012). Energi torsi dalam mekanika molekul lebih dimaksudkan untuk digunakan mengoreksi suku energi yang tersisa daripada untuk menggambarkan proses fisika. Energi torsi mewakili jumlah energi yang harus ditambahkan atau dikurangi dari suku-suku energi rentangan + energi beng-kokan + energi interaksi tidak berikatan, agar energi total sesuai dengan eksperimen atau hasil kalkulasi mekanika kuantum untuk suatu model sudut dihedral (Kasmui, 2013).

Panjang ikatan dan sudut torsi yang terbentuk ini mempengaruhi energi konformer dari masing – masing bentuk. Teori regangan Baeyer (Baeyer’s  strain theory) menyebutkan bahwa senyawa siklik seperti halnya sikloalkana membentuk cincin datar. Bila sudut-sudut ikatan dalam senyawa siklik menyimpang dari sudut ikatan tetrahedral (109,5⁰) maka molekulnya mengalami regangan. Makin besar penyimpangannya terhadap sudut ikatan tetrahedral, molekulnya makin regang, dan berakibat molekul tersebut makin reaktif. Yang membedakan konformasi adalah sudut yang dibentuk antara atom C satu dengan atom C yang lain, sudut torsi yang dibentuk antara atom C yang satu dengan yang lain serta energi dari setiap bentuk konformasi yang berbeda (Annur,2013).

Asam benzoat berdasarkan bukti-bukti penelitian menunjukkan mempunyai toksinitas yang sangat rendah terhadap manusia dan hewan. Pada manusia, dosis racun adalah 6 mg/kg berat badan melalui injeksi kulit tetapi pemasukan melalui mulut sebanyak 5 sampai 10 mg/hari selama beberapa hari tidak mempunyai efek negatif terhadap kesehatan (Luthfi, 2009). Berikut struktur dari asam benzoat : 

                                                                                                                                          

Gambar 1. Asam Benzoat

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

Prosedur dari percobaan ini yaitu, pertama masuk program hyperchem. Menetapkan cursor sebagai draw (menggambar) pada menu, setelah itu digambar rumus struktur asam benzoat. Pilihlah ab initio dengan minimum basis set untuk perhitungan, selanjutnya diganti cursor sebagai select (memilih) dan memilih pemilihan untuk atom dan pemilihan lebih dari satu kali (multiple) pada menu “select”. Setelah itu pilihlah empat atom di sekitar ikatan tunggal antara C (benzene) dengan C (gugus asam karboksilat) yaitu C-C-O-H sehingga terbentuk susut torsi. Setelah dipilih kemudian diklik “potensial” pada menu “compute”, lalu diisi variasi nilai sudut torsi awal = 0⁰ dan akhir= 360⁰ serta rentang/step=10^0. Setelah itu ditentukan nilai sudut torsi yang memiliki energy paling rendah berdasarkan kurva potensial terhadap sudut torsi C-C-O-H dalam struktur asam benzoate.

4.    Hasil dan Pembahasan

4.1.          Data Pengamatan

Setelah melakukan percobaan ini data yang didapat yaitu, terbentuknya kurva energi potensial dari senyawa asam benzoat. Berikut adalah kurvanya :

4.2.          Pembahasan

Energi potensial adalah energi yang tersimpan karena posisi. Hal ini dapat dianggap sebagai energi yang “tersimpan” oleh sistem fisik. Hal ini disebut potensial karena, dalam bentuk yang sekarang, tidak melakukan pekerjaan apapun atau menimbulkan perubahan dalam lingkungannya. Memang, bagaimanapun, memiliki potensi untuk dikonversi menjadi berbagai bentuk energi, seperti energi kinetik. Satuan standar untuk mengukur energi tersebut adalah dengan joule.

Kimia komputasi adalah cabang kimia yang menggunakan hasil kimia teori yang diterjemahkan ke dalam program komputer untuk menghitung sifat-sifat molekul dan perubahannya maupun melakukan simulasi terhadap sistem-sistem besar (makromolekul seperti protein atau sistem banyak molekul seperti gas, cairan, padatan, dan kristal cair), dan menerapkan program tersebut pada sistem kimia nyata. Contoh sifat-sifat molekul yang dihitung antara lain struktur (yaitu letak atom-atom penyusunnya), energi dan selisih energi, muatan, momen dipol, kereaktifan, frekuensi getaran dan besaran spektroskopi lainnya. Simulasi terhadap makromolekul (seperti protein dan asam nukleat) dan sistem besar bisa mencakup kajian konformasi molekul dan perubahannya (mis. proses denaturasi protein), perubahan fasa, serta peramalan sifat-sifat makroskopik (seperti kalor jenis) berdasarkan perilaku di tingkat atom dan molekul. Istilah kimia komputasi kadang-kadang digunakan juga untuk bidang-bidang tumpang-tindah antara ilmu komputer dan kimia (Intan,2011).

Cara kerja dilakukan dengan memasuki program Hyperchem terlebih dahulu, lalu gambarkan struktur asam benzoat sehingga menghasilkan struktur berikut :

                                                         Gambar 1. Asam Benzoat

Selanjutnya klik set up kemudian tentukan ab initio dengan minimum basis set. Selanjutnya memilih atom yang akan dihitung sudut torsinya dengan menggeser cursor ke arah select (memilih), lalu pilih empat atom di antara atom C (benzene) dengan C (gugus asam karboksilat) yaitu atom C-C-O-H sehingga membentuk sudut torsi seperti yang terdapat dalam gambar berikut :

Gambar 2. Asam Benzoat

Setelah dipilih atom-atomnya, klik “potensial” pada menu “compute”, lalu isi variasi nilai sudut torsi awal (initial bond angle) = 0^o dan sudut torsi akhir (final bond angle) = 360^o dengan rentang (step) = 10^o. Lalu ditunggu beberapa saat hingga muncul kurva potensial terhadap sudut torsi

Setelah perhitungan selesai, maka akan muncul kurva energi potensial terhadap sudut torsi seperti tertera dalam grafik berikut :

Kurva 1. Energi Potensial terhadap Sudut Torsi

Dari grafik di atas dapat diketahui bahwa energi potensial C-C-O-H pada sudut torsi 0^o sebesar -259.133,5 kkal/mol, kemudian energi potensial pada sudut torsi 90^o sebesar -259.130,5 kkal/mol, sedangkan energi potensial pada sudut torsi 180^o sebesar -259.140 kkal/mol, lalu energi potensial pada sudut torsi 270^o sebesar -259.130,5 kkal/mol, dan energi potensial pada sudut torsi 360^o sebesar -259.133,5 kkal/mol.

Berdasarkan grafik di atas dapat diketahui bahwa sudut torsi yang memiliki energi paling rendah adalah sebesar 180^o. Sudut torsi 180^o dibentuk dari ikatan antara C benzene dengan C karbonil (C-C-O-H). Energi terkecil ini disebabkan karena C-C-O-H ini berfungsi sebagai pusat putaran. Jika dihubungkan dengan pintu, maka C-C-O-H ini berfungsi sebagai engsel yang terus bergerak jika ada dorongan dari lingkungan sekitar. Dorongan yang terus-menerus membuat ikatan C-C-O-H (sudut torsi 180^o) memiliki energy potensial terkecil dibanding ikatan atom-atom yang lain. Hubungan energi potensial dengan perbedaan sudut torsi bisa dijelaskan dengan teori stereo kimia organik. Hubungannya dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 3. Hubungan antara Sumbu Putar Rotasi dengan Energi

 

Kurva 2. Hubungan Energi dengan Sumbu Putar Gugus dalam Suatu Senyawa

 Dari gambar diatas terlihat hubungan antara sumbu putar terhadap energi dalam senyawa kimia. Pada gambar a mempunyai energi yang paling rendah, hal itu karena gugus metil pada gambar a saling berjauhan atau mempunyai jarak yang paling jauh sehingga tolak-menolak antar gugus sangat kecil. Tolak menolak inilah yang menyebabkan energi dari gambar a paling rendah. Begitupula dengan sudut torsi pada Asam Benzoat yang memiliki sudut 180^o. Karena tolak menolak antara gugus elektronegatif pada asam benzoat sangat kecil pada sudut 180^o sehingga mempunyai energi yang paling rendah.

 5.    Kesimpulan

1.    Energi potensial terendah sebagai fungsi sudut torsi  pada ikatan tunggal C-C-O-H asam benzoat yaitu sebesar -259.140 kcal/mol.

2.    Kurva energi potensial terhadap variasi sudut torsi pada konformasi ikatan tunggal C-C-O-H asam benzoat yaitu :

 

  

3.    Sudut torsi yang memberikan nilai energi potensial paling rendah yaitu pada 180°.

DAFTAR PUSTAKA

Annur, 2013,Laporan Kimia Komputasi, http://areefdsaintist.blogspot.com, diakses 13 Desember 2014.

Dendy, 2012, Analisis Menggunakan Hyperchem ab-initio,  http://dendypunya.blogspot.com/2012/01/analisa-menggunakan-hyperc hem-ab-initio.html, diakses 13 Desember 2014.

Fiktor, 2012, PengaruhTorsi dan Horsepower pada Kendaraan,  http://entertainment123fisikaku.wordpress.com/2012/11/27/pengaruh-torsi-dan-horsepower-pada-kendaraan/, diakses 13 Desember 2014.

Intan, 2011, Pengertian Komputasi,http://intanmauliiwari.blogspot.com, diakses 13 Desember 2014.

Kasmui, 2013,  Kimia Komputasi, http://kimia.unnes.ac.id/kasmui /komputasi  /mm.html, diakses 13 Desember 2014.

Lutfi , Achmadz, 2009  , Asam Benzoat,  http://www.chem-is-try.org/materi-kimia/kimia- lingkungan/zat-aditif/asam-benzoat/ , diakses 13 Desember 2014

Artikel yang Sama: