Kamis, 19 Januari 2012

Perkembangan Kimia Komputasi

Perkembangan kimia komputasi yang sangat pesat dimulai pada tahun 1950 yang telah mengubah diskripsi suatu sistem kimia dengan masuknya unsur baru di antara eksperimen dan teori yaitu eksperimen komputer (Computer Experiment). Dalam eksperimen komputer, model masih tetap menggunakan hasil dari pakar kimia teoritis, tetapi perhitungan dilakukan dengan komputer berdasarkan atas suatu "resep", algoritma yang dituliskan dalam bahasa pemograman. Keuntungan dari metode ini adalah dimungkinkan menghitung sifat molekul yang kompleks dan hasil perhitungannya berkorelasi secara signifikan dengan data eksperimen.

Perkembangan eksperimen komputer mengubah secara substansial hubungan tradisional antara teori dan eksperimen. Simulasi membutuhkan suatu metode yang akurat dalam memodelkan sistem yang dikaji. Simulasi sering dapat dilakukan dengan kondisi yang sangat mirip dengan eksperimen sehingga hasil perhitungan kimia komputasi dapat dibandingkan secara langsung dengan eksperimen, jika hal ini terjadi, maka simulasi bersifat sebagai alat yang sangat berguna, bukan hanya untuk memahami dan menginterpretasi data eksperiment dalam tingkat mikroskopik, tetapi dapat juga mengkaji bagian yang tidak dapat dijangkau secara eksperiment, seperti reaksi pada kondisi tekanan yang sangat tinggi atau reaksi yang melibatkan gas berbahaya.

Penelitian kimia dengan alat komputer pada era 1950-an dimulai dengan kajian hubungan struktur kimia dengan aktivitas fisiologi dari senyawa. Salah satu ahli kimia yang berjasa besar dalam bidang ini adalah John Pople yang berhasil mengkonversi teori-teori fisika dan matematika ke dalam kimia melalui program komputer. Metode kimia komputasi memungkinkan para kimiawan melakukan penentuan struktur dan sifat suatu sistem kimia dengan cepat. Bidang yang sangat terbantu dengan berkembang kimia komputasi adalah bidang kristalografi.

Dua peneliti dalam bidang kimia komputasi telah memenangkan Nobel bidang sains pada tahun 1998 yaitu Walter Kohn dengan teori fungsional kerapatan (Density Functional Theory, DFT) dan John A. Pople yang telah berjasa dalam mengembangkan metode komputasi dalam kimia kuantum, mereka telah memberi peluang para kimiawan mempelajari sifat molekul dan interaksi antara molekul. John Pople telah mengembangkan kimia kuantum sebagai suatu metode yang dapat digunakan oleh hampir semua bidang kimia dan membawa kimia ke dalam era baru yaitu eksperimen dan teori dapat bekerja bersama dalam mengeksplorasi sifat sistem molekular. Salah satu produk program komputasi kimia yang dihasilkan oleh Pople adalah GAUSSIAN.

Tahun belakangan ini dapat dilihat kenaikan jumlah orang yang berkerja pada kimia teori, kebanyakan peneliti ini adalah teoretikus kerja paruh waktu yaitu mereka yang sudah bekerja pada bidang kimia selain kimia teori. Kenaikan jumlah peneliti di bidang kimia teori ini ditunjang oleh perkembangan kemampuan komputer dan perangkat lunak yang semakin mudah digunakan, hal ini menyebabkan banyak orang yang melakukan perkerjaan di bidang kimia komputasi, walaupun tanpa mempunyai pengetahuan cukup tentang bagaimana perhitungan kimia itu dijalankan oleh komputer, sebagai hasilnya, banyak orang yang tidak mengetahui bahkan penjelasan yang sangat mendasar sekalipun tentang bagaimana perhitungan dijalankan sehingga pekerjaan yang dihasilkan dapat merupakan hasil yang sesunguhnya atau hanya berupa "sampah".

Harno D Pranowo

Rabu, 04 Januari 2012

Chempub

 Chem Pup adalah sistem software unik yang tertanam pada Puppy Linux dengan banyak aplikasi kimia. Aplikasi yang disediakan oleh Chem Pup sebagai berikut :

  • GElement – SPU dengan beragam information
  • Nomen – Tata nama senyawa
  • JChemPaint – struktur 2D
  • JMol – struktur 3D
  • OpenBabel – converter
  • Avogadro – pembangun molekul 3D dengan kekuatan medan-pengecil dan dinamika molekul simulator
  • ChemTool – file spreadsheet disesuaikan dengan converter dan kalkulator mol massa
  • Gnotebook – spreadsheet disesuaikan untuk digunakan sebagai notebook praktikum kimi

ChemOffice

ChemOffice merupakan salah satu software yang digunakan untuk membuat struktur kimia dengan mudah dan digunakan untuk menggambar secara 2 dimensi (2-D) dan 3 dimensi (3-D). Struktur 2-D akan terlihat dalam satu bidang datar, sedangkan struktur 3-d akan terlihat seperti struktur ruang.  

ChemDraw pro versi 8.0 merupakan salah satu program aplikasi dari Chem Office, untuk menggambar struktur 2D dalam bidang ilmu kimia, terutama kimia organik, biokimia, dan polimer. Software ini dapat membantu anda dalam menggambar struktur kimia dengan berbagai fasilitasnya, hanya dengan mengkliknya, tool tersebut akan bekerja untuk anda.

Tool-tool dalam ChemDraw mewakili berbagai macam bentuk ikatan yang dapat anda susun menjadi struktur kimia sehingga tidaklah sulit bagi anda untuk menggambarkan struktur yang kompleks sekalipun, bahkan juga dalam berbagai bentuk konformasi dan dalam bentuk proyeksi.
Struktur-struktur tertentu yang telah umum dapat digambar secara langsung dengan mengklik tool, seperti struktur cincin benzena, siklopentana, sikloheksana dan senyawa siklis yang lain. Tool dalam ChemDraw juga menyajikan gambar struktur untuk asam amino, DNA, dan RNA yang terdapat dalam template, anda tinggal klik, membawanya ke layar, drag, maka jadilah gambar struktur anda.



ChemDraw merupakan program aplikasi untuk menggambar yang di lengkapi dengan tool-tool sehingga pengguna dapat dengan mudah membuat gambar yang diinginkannya hanya dengan mengklik tool-tool tersebut, dengan ChemDraw anda tidak akan mengalami kesulitan di dalam membuat struktur kimia. Hal ini tentu sangat membantu anda dalam menulis skripsi, thesis, karya ilmiah, ataupun jurnal, bahkan anda juga dapat mengkomunikasikan struktur yang anda miliki ke dunia web jika komputer anda di lengkapi dengan program aplikasi ChemOffice yang lain. Gambar yang telah anda buat juga dapat dengan mudah dicetak atau dibawah ke dalam program aplikasi lain seperti Ms. Word.



ChemDraw juga dapat menganalisis struktur kimia yang telah kita gambar dengan menggunakan Analys Struktur pada menu Structure, di sini anda dapat mengetahui sifat-sifat fisik struktur tersebut, misalnya, titik didih, titik leleh, berat molekul, temperatur, tekanan, dll.

Istilah - istilah dalam Kimia Komputasi

1. Ab initio

Istilah “Ab initio” adalah bahasa latin untuk “dari awal”. Nama ini diberikan kepada perhitungan yang berasal langsung dari prinsip-prinsip teoritis, tanpa masuknya data eksperimen. Sebagian besar saat ini adalah mengacu ke perhitungan perkiraan kuantum mekanik. Perkiraan yang dibuat biasanya perkiraan matematika, seperti menggunakan bentuk fungsional sederhana untuk fungsi atau mendapatkan solusi perkiraan untuk sebuah persamaan diferensial.

2. Molecular Operating Environment (MOE) dikembangkan Chemical Computing Group (www.chemcomp.com). MOE selain menawarkan fasilitas yang cukup lengkap juga user-friendly sehingga cocok digunakan dalam pembelajaran. Hanya saja aplikasi kimia komputasi yang user-friendly biasanya mahal sehingga alasan efisiensi biaya tidak lagi relevan.

3. Kimia kuantum adalah sebuah aplikasi mekanika kuantum pada kimia. Kimia kuantum memungkinkan kita untuk memahami dan memprediksi struktur, sifat dan mekanisme reaksi dari berbagai bahan.

4. Orbital Gaussian atau Gaussian type orbitals (GTOs) adalah fungsi matematika yang menyatakan orbital atom dalam perhitungan orbital molekul.

5. Semiempirical yaitu perhitungan yang ditetapkan dengan struktur umum yang sama sebagai perhitungan HF. Dalam kerangka ini, potongan informasi tertentu, seperti dua integral elektron, yang didekati atau sama sekali dihilangkan. Dalam rangka untuk mengoreksi kesalahan diperkenalkan dengan menghilangkan bagian dari perhitungan, metode ini parameter, dengan melakukan suaian kurva dalam beberapa parameter atau nomor, untuk memberikan kesepakatan yang terbaik dengan data eksperimen.

6. Mekanika statistika adalah matematika berarti mengekstrapolasi sifat termodinamika bahan curah dari deskripsi molekul material. Banyak mekanika statistik masih pada tahap kertas dan pensil teori, karena mekanika kuantum tidak dapat menyelesaikan persamaan Schrödinger tepat lagi, mekanika statistik tidak benar-benar memiliki bahkan titik awal yang baik untuk perlakuan yang benar-benar ketat. Mekanika statistika perhitungan sering ditempelkan ke akhir perhitungan inito ab untuk properti fasa gas. Untuk properti fasa terkondensasi, sering molekul dinamika perhitungan diperlukan dalam rangka untuk melakukan percobaan komputasi.

7. Visualisasi data
        Yaitu proses menampilkan informasi dalam jenis representasi piktorial atau grafis. Sejumlah program komputer yang sekarang tersedia untuk menerapkan skema pewarnaan data atau bekerja dengan tiga dimensi representasi.

8.  8. OV (Orbital Viewer) 
      perangkat lunak gratis untuk menggambarkan orbital atom dan molekul, membuat animasi maupun untuk melihat penampang lintang (struktur dalam) orbital. Dapat pula dibuat gambar 3D (yang dapat dilihat dengan kacamata 3D sperti yang digunakan untuk melihat sinetron 3D). 
     9.  BS (Balls & Sticks)
      perangkat lunak gratis untuk menggambarkan struktur kimia, terutama kristal, dalam 3D dan dapat menghasilkan gambar bitmap yang dapat disalin ke clipboard dan ditempelkan (paste) di dokumen pengolah kata (Word misalnya).
     10. Molecular Operating Environment (MOE) 
     dikembangkan Chemical Computing Group. MOE selain menawarkan fasilitas yang cukup lengkap juga user-friendly sehingga cocok digunakan dalam pembelajaran. Hanya saja aplikasi kimia komputasi yang user-friendly biasanya mahal sehingga alasan efisiensi biaya tidak lagi relevan.
     
      11.Perbandingan analisis lapangan molekul (CoMFA): teknik QSAR 3D berdasarkan data dari molekul aktif yang dikenal
12.Kimia komputasi: cabang kimia yang menggunakan prinsip-prinsip ilmu komputer untuk membantu dalam memecahkan masalah kimia
13. Ilmu komputer: studi tentang dasar-dasar teoritis dari informasi dan komputasi. Ini juga mencakup teknik-teknik praktis untuk implementasi dan aplikasi dalam sistem komputer
14. Teori fungsional kepadatan (DFT): metode mekanis kuantum pemodelan yang digunakan dalam fisika dan kimia untuk menyelidiki struktur elektronik dari sistem banyak-tubuh.
15. Hartree-Fock: metode perkiraan untuk penentuan fungsi gelombang tanah negara dan tanah-keadaan energi dari sistem banyak-tubuh kuantum.
16. Hybrid fungsional: kelas perkiraan untuk pertukaran energi-korelasi fungsional dalam teori kerapatan fungsional yang menggabungkan sebagian pertukaran tepat dari Hartree-Fock teori dengan pertukaran dan korelasi dari sumber lain.
     17. Kombinasi linear orbital atom (LCAO): superposisi kuantum orbital atom dan teknik untuk menghitung orbital molekul.

18.Slater tipe orbital: fungsi yang digunakan sebagai orbital atom dalam kombinasi linear orbital atom orbital molekul metode.
19. Molecular docking  
      Yaitu suatu teknik yang digunakan untuk mempelajari interaksi yang terjadi dari suatu kompleks molekul.Molecular docking dapat memprediksikan orientasi dari suatu molekul ke molekul yang lain ketika berikatan membentuk kompleks yang stabil.
20. Mekanika Molekuler
Metoda yang dikenal dengan mekanika molekular menyediakan pernyataan aljabar yang
sederhana untuk energi total senyawa, tanpa harus menghitung fungsi
gelombang atau kerapatan elektron total.
 
 
1

Mengenal HyperChem

HyperChem ialah suatu program simulasi dan pemodelan molekular yang memungkinkan perhitungan kimiawi yang kompleks. HyperChem mencakup fungsi-fungsi berikut:
1. Membuat sketsa dwimatra (2D) molekul dari atom-atom penyusunnya, lalu mengubahnya menjadi model trimatra (3D) dengan HyperChem Model Builder.
2. Memilih residu-residu standar secara berurutan dari perpustakaan asam amino dan nukleotida HyperChem/Lite untuk membangun protein dan asam nukleat.
3. Membaca tipe atom dan koordinat molekular yang telah disimpan sebagai arsip HIN (masukan HyperChem yang dibuat sebelumnya) atau arsip ENT (mengambil dari sumber lain, yaitu Brookhaven Protein Data Bank/PDB)
4. Menata kembali molekul, misalnya dengan memutar atau menggesernya.
5. Mengubah kondisi tampilan, termasuk penampakan ruang, model molekul, dan label struktural.
6. Merancang dan melakukan perhitungan kimiawi, termasuk dinamika molekular.
Tersedia berbagai metode mekanika molekular maupun mekanika kuantum (semiempiris atau ab initio). Perhitungan mekanika molekular menggunakan medan gaya MM+, AM-BER, BIO+, atau OPLS, sedangkan mekanika kuantum semiempiris meliputi extended Hückel, CNDO, INDO, MINDO3, MNDO, AM1, PM3, ZINDO/I, dan ZINDO/S.
7. Penetapan efek isotop dalam perhitungan analisis vibrasional untuk metode-metode SCF ab initio dan semiempiris.
8. Membuat grafik Excel dari hasil perhitungan kimiawi.
9. Mensolvasikan molekul dalam kotak periodik.
 
Jenis Perhitungan dalam HyperChem:
Terdapat beberapa tipe perhitungan, antara lain kalkulasi single point, optimisasi geometri, frekuensi vibrasi, pencarian keadaan transisi, simulasi dinamika molekular, simulasi dinamika Langevin dan simulasi Monte Carlo.

1.   Perhitungan single point dapat digunakan untuk menentukan energi molekul dari struktur yang telah ditentukan (tanpa proses optimasi)

2. Perhitungan optimisasi geometri menggunakan algoritma minimisasi energi untuk mendapatkan struktur paling stabil. Tersedia 5 algoritma minimisasi.

3. Perhitungan frekuensi Vibrational dimaksudkan untuk mencari mode vibrasi normal dari suatu struktur teroptimisasi. Spektrum teroptimisasi dapat ditampilkan dan gerakan vibrasi yang berkaitan dengan transisi spesifik dapat dianimasikan.

4. Pencarian keadaan transisi dilakukan dengan menentukan struktur metastabil yang bersesuaian dengan keadaan transition menggunakan metode Eigenvector Followingatau Synchronous Transit. Sifat-sifat molekulernya kemudian dapat dihitung. Dua metode untuk melokasikan keadaan transisi diimplementasikan di dalam HyperChem 5.

a) Metode Eigenvector Following sangat cocok digunakan untuk proses unimolekular atau setiap system molecular yang mode vibrasi naturalnya cenderung menuju ke suatu keadaan transition.

b) Metode Synchronous transit khususnya berguna jika reaktan dan produk sangat berbeda. Terdapat dua metodologi synchronous transit yang diimplementasikan di dalam HyperChem yaitu Linear synchronous Transit (LST) dan Quadratic Synchronous transit (QST).

5. Simulasi Molecular dynamics menghitung trajektori klasik untuk sistem molekular. Waktu pemanasan, keseimbangan dan pendinginan dapat diterapkan dalam simulasi ini dan juga dapat digunakan untuk proses-proses yang bergantung pada perubahan waktu. Simulasi dapat dilakukan pada energi konstan atau temperatur konstan.

6. Langevin dynamics simulations untuk memodelkan efek tumbukan pelarut tanpa memasukkan secara implicit molekul-molekul pelarut.
7.  Simulasi Monte Carlo Metropolis berguna untuk mengeksplorasi konfigurasi yang mungkin dari suatu sistem dalam keadaan keseimbangan dan menentukan sifat sistem yang dinyatakan sebagai harga rata-rata untuk sekuruh system yang sudah berada dalam keadaan keseimbangan


Sumber : Prof. Dr. Harno Dwi Pranowo, M.Si

Kimia Komputasi menurut Andriesta Saprincess :)

Mulanya tidak tahu apa itu kimia komputasi, tetapi setelah mendapatkan banyak pembelajaran mengenai komputasi, saya menjadi mengetahui apa itu komputasi :) haha
Menurut saya, kimia komputasi itu adalah padanan kata dari kimia dan komputasi (sudah pasti hehe), yang secara lebih mudah diartikan sebagai penggunaan komputer untuk menganalisis dan memecahkan masalah-masalah ilmu sains khususnya kimia. Pada mulanya dikenal hanya untuk bidang ilmu matematika atau numerik, namun seiring dengan berkembangnya teknologi dan waktu, ilmu kimia pun dapat dipecahkan di dalam komputasi.
Awalnya saya tidak pernah mendownload software - software khusus untuk kimia, karena mungkin saya tidak terlalu paham bagaimana cara menggunakan dan mengoperasikannya. Namun seiring berkembangnya jaman dan usia, akhirnya saya pun kini telah mendownload beberapa software kimia tentunya dengan bimbingan dari dosen serta dari pelajaran komputasi :)
Kimia komputasi menurut saya banyak sekali kegunaannya. Misalnya, mahasiswa kadang hanya mengetahui teori mengenai kimia organik, namun mereka tidak paham betul bagaimana susunan atom - atom hingga menjadi suatu molekul bahkan suatu senyawa. Nah, di kimia komputasi ini mahasiswa seakan tidak sulit lagi untuk berimajinasi dan imajinasi itu kini terasa lebih nyata dengan dibantu oleh software - software khusus untuk penggambaran model molekul.
Jadiiii, intinya kimia komputasi itu sangat berguna. Semoga mahasiswa benar - benar paham dan dapat menggunakan ilmu komputasi dengan sebaik-baiknya karena banyak sekali manfaat didalamnya :)

Link Penyedia Software Kimia Komputasi

1. http://www.komputasi.lipi.go.id/

2. http://www.ks.uiuc.edu/Development/

3. http://www.chempute.com/

4. http://scistore.cambridgesoft.com

5. http://faijalchemistry.blogspot.com