Dokumen tersebut membahas tentang Kimia Komputasi yang merupakan cabang kimia yang menggunakan hasil kimia teori yang diterjemahkan ke dalam program komputer untuk menghitung sifat molekul dan simulasi sistem besar seperti protein menggunakan metode seperti Hartree-Fock, DFT, dan semi-empiris. Kimia Komputasi bermanfaat untuk pembelajaran dan penelitian untuk menemukan titik awal sintesis, memahami mekan

1. KIMIA KOMPUTASI
Disusun Oleh :
-Agil Alvi Yasin (50411309)
-Iqbal Bahri (58411803)
-Irvan Ray B. N (53411711)
-Panji Fitrianto P (55411499)

2. Pengertian Kimia Komputasi
Kimia komputasi adalah cabang kimia yang menggunakan hasil kimia teori yang
diterjemahkan ke dalamprogram 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.

3. Istilah kimia teori dapat didefinisikan sebagai deskripsi matematika untuk
kimia, sedangkan kimia komputasi biasanya digunakan ketika metode
matematika dikembangkan dengan cukup baik untuk dapat digunakan dalam
program komputer. Perlu dicatat bahwa kata “tepat” atau “sempurna” tidak
muncul di sini, karena sedikit sekali aspek kimia yang dapat dihitung secara
tepat. Hampir semua aspek kimia dapat digambarkan dalam skema komputasi
kualitatif atau kuantitatif hampiran.
Molekul terdiri atas inti dan elektron, sehingga diperlukan metode mekanika
kuantum. Kimiawan komputasi sering berusaha memecahkan persamaan
Schrödinger non-relativistik, dengan penambahan koreksi relativistik,
walaupun beberapa perkembangan telah dilakukan untuk memecahkan
persamaan Schrödinger yang sepenuhnya relativistik. Pada prinsipnya
persamaan Schrödinger mungkin diselesaikan, baik dalam bentuk bergantung-
waktu atau tak-bergantung-waktu, disesuaikan dengan masalah yang dikaji,
tetapi pada praktiknya tidak mungkin kecuali untuk sistem yang amat kecil.
Karena itu, sejumlah besar metode hampiran dikembangkan untuk mencapai
kompromi terbaik antara ketepatan perhitungan dan biaya komputasi.

4. Beberapa pendekatan yang dapat
dilakukan:
• Kajian komputasi dapat dilakukan untuk menemukan titik
awal untuk sintesis dalam laboratorium.
• Kajian komputasi dapat digunakan untuk menjelajahi
mekanisme reaksi dan menjelaskan pengamatan pada reaksi
di laboratorium.
• Kajian komputasi dapat digunakan untuk memahami sifat dan
perubahan pada sistem makroskopis melalui simulasi yang
berlandaskan hukum-hukum interaksi yang ada dalam sistem.

5. Beberapa bidang utama dalam
topik ini, antara lain:
• Penyajian komputasi atom dan molekul
• Pendekatan dalam penyimpanan dan pencarian spesi kimia (Basisdata kimia)
• Pendekatan dalam penentuan pola dan hubungan antara struktur kimia dan
sifat-sifatnya (QSPR, QSAR).
• Elusidasi struktur secara teoretis berdasarkan pada simulasi gaya-gaya
• Pendekatan komputasi untuk membantu sintesis senyawa yang efisien
• Pendekatan komputasi untuk merancang molekul yang berinteraksi lewat cara-
cara yang khusus, khususnya dalam perancangan obat.
• Simulasi proses transisi fasa
• Simulasi sifat-sifat bahan seperti polimer, logam, dan kristal (termasuk kristal
cair).
• Program yang digunakan dalam kimia komputasi didasarkan pada berbagai
metode kimia-kuantum yang memecahkan persamaan Schrödinger untuk
molekul, maupun pendekatan fisika klasik (mekanika molekul) untuk simulasi
sistem yang besar. Metode kimia-kuantum yang tidak mencakup parameter
empiris dan semi-empiris dalam persamaannya disebut metode ab-initio. Jenis-
jenis metode ab-initio yang populer adalah: Hartree-Fock, teori gangguan
Møller-Plesset, interaksi konfigurasi, coupled cluster, matriks kerapatan
tereduksi, dan teori fungsi kerapatan.

6. Istilah dalam Kimia
Komputasi
• Teori fungsi kerapatan (DFT, Density functional theory)
merupakan salah satu dari beberapa pendekatan populer
untuk perhitungan struktur elektron banyak-partikel
secara mekanika kuantum untuk sistem molekul dan bahan
rapat. Teori Fungsi Kerapatan (DFT) adalah teori mekanika
kuantum yang digunakan dalam fisika dan kimia untuk
mengamati keadaan dasar dari sistem banyak partikel.
• Metode Hartree-Fock merupakan suatu prosedur
pengulangan self-consistent untuk menghitung “kemungkinan
terbaik” solusi determinan tunggal terhadap persamaan
Schrödinger tak tergantung-waktu dari sistem berelektron
banyak dalam potensial Coulomb inti tetap.

7. • Persamaan Roothaan sering digunakan dalam perhitungan numerik
untuk mendekati nilai yang diperoleh dari perhitungan
menggunakan persamaan Hartree-Fock. Persamaan ini tersusun
atas basis set yang tidak ortogonal satu sama lain, seperti: fungsi-
fungsi dalam Gaussian atau Slater.Persamaan ini hanya berlaku
untuk sistem tertutup dimana semua elektron dalam orbital
memiliki pasangan.
• Molekul didefinisikan sebagai sekelompok atom (paling sedikit dua)
yang saling berikatan dengan sangat kuat (kovalen) dalam susunan
tertentu dan bermuatan netral serta cukup stabil. Menurut definisi
ini, molekul berbeda dengan ion poliatomik. Dalam kimia
organik dan biokimia, istilah molekul digunakan secara kurang kaku,
sehingga molekul organik dan biomolekul bermuatan pun dianggap
termasuk molekul.

8. • Atom adalah suatu satuan dasar materi, yang terdiri atas inti
atom serta awan elektron bermuatan negatif yang
mengelilinginya. Inti atom terdiri atas proton yang bermuatan
positif, dan neutron yang bermuatan netral (kecuali pada inti
atom Hidrogen-1 , yang tidak memiliki neutron). Elektron-
elektron pada sebuah atom terikat pada inti atom oleh gaya
elektromagnetik.
• Komputasi paralel adalah salah satu teknik
melakukan komputasi secara bersamaan dengan
memanfaatkan beberapa komputer independen secara
bersamaan. Ini umumnya diperlukan saat kapasitas yang
diperlukan sangat besar, baik karena harus mengolah data
dalam jumlah besar (di industri keuangan, bioinformatika, dll)
ataupun karena tuntutan proses komputasi yang banyak

9. • Huckel adalah metode sederhana dan perkiraan untuk semi-
empiris perhitungan mekanika kuantum. Metode yang
digunakan dalam Huckel yang diperluas HyperChem hanya
berguna untuk perhitungan bagian tunggal, bukan untuk
optimasi geometri atau perhitungan dinamika molekul.
Diperpanjang Huckel perhitungan menghasilkan deskripsi
kualitatif atau semi-kuantitatif orbital molekul dan sifat
elektronik (misalnya, biaya atom bersih dan distribusi spin).
• CNDO adalah yang paling sederhana dari metode SCF untuk
semi-empiris perhitungan mekanika kuantum. Hal ini berguna
untuk menghitung sifat keadaan dasar elektronik sistem
terbuka dan tertutup-shell, optimasi geometri, dan energi
total. HyperChem menggunakan CNDO / 2.

10. • INDO merupakan metode SCF untuk semi-empiris perhitungan
mekanika kuantum. Ini meningkatkan pada CNDO oleh akuntansi
pasti satu-pusat tolakan antara elektron pada atom yang sama.
Berguna untuk menghitung keadaan-dasar sifat elektronik dari
sistem terbuka dan tertutup-shell, optimasi geometri, dan energi
total.
• MINDO / 3 adalah metode SCF untuk semi-empiris perhitungan
mekanika kuantum. Perpanjangan INDO, Mindo / 3 menggunakan
parameter cocok untuk hasil eksperimen, bukan perhitungan yang
akurat. Berguna untuk molekul organik besar, kation, dan senyawa
polynitro. Menghitung sifat elektronik, optimasi geometri, dan
energi total.
• MNDO merupakan metode SCF untuk semi-empiris perhitungan
mekanika kuantum. Berguna untuk berbagai molekul organik yang
mengandung unsur-unsur dari barisan panjang 1 dan 2 dari tabel
periodik, tetapi tidak logam transisi. Menghilangkan beberapa
kesalahan dalam MNDO / 3. Menghitung sifat elektronik, geometri
dioptimalkan, energi total, dan panas pembentukan

11. • AMI adalah semi-empiris SCF metode untuk perhitungan kimia.
Perbaikan dari metode MNDO. Berguna untuk molekul yang
mengandung unsur-unsur dari barisan panjang 1 dan 2 dari tabel
periodik, tetapi tidak logam transisi. Bersama dengan PM3, AM1
umumnya metode semi-empiris paling akurat termasuk dalam
HyperChem. Menghitung sifat elektronik, geometri dioptimalkan, energi
total, dan panas pembentukan.
• PM3 adalah A semi-empiris SCF metode untuk perhitungan kimia. PM3
adalah reparametrization dari metode AM1. PM3 dan AM1 umumnya
metode yang paling akurat dalam HyperChem. PM3 telah parameter
bagi banyak elemen kelompok utama dan beberapa logam transisi.
• ZINDO / 1 adalah Basis versi modifikasi dari INDO / 1 dan dapat
digunakan ZINDO / 1 untuk menghitung keadaan energi dalam molekul
yang mengandung logam transisi.
• ZINDO / S adalah Sebuah metode INDO parameter untuk mereproduksi
spektroskopi UV transisi terlihat ketika digunakan dengan sendiri-
bersemangat interaksi konfigurasi (CI)methods.Use ZINDO / 1 daripada
ZINDO / S untuk optimasi geometri dan perbandingan energi total.

12. Manfaat Kimia Komputasi
untuk Pembelajaran
1. Dapat menghitung sifat molekul yang kompleks dan hasil
perhitungannya berkorelasi secara signifikan dengan
eksperimen.
2. Dapat sebagai alat hitung –seperti halnya kalkulator- untuk
membantu penyelesaian secara numerik dari persamaan
matematika yang menggambarkan sifat sistem, misalnya
dalam penyelesaian perhitungan stokiometri, termasuk juga
otomatisasi alat ukur yang dapat mengkonversi signal
elektronik menjadi data numerik.
3. Dapat sebagai alat visualisasi dan animasi
4. Membantu kita mengeksplorasi sifat senyawa dan pada
umumnya program tersebut telah dilengkapi dengan
visualisasi dan animasi, seperti program HyperChem,
Gaussian, Turbomol, Rasmol dll.

13. 5. 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.
6. Simulasi terhadap makromolekul (seperti protein dan asam
nukleat) dan sistem besar bisa mencakup kajian konformasi
molekul dan perubahannya (mis. Proses denatrasi protein),
perubahan fasa, serta peramalan sifat-sifat makroskopik
(seperti kalor jenis) berdasarkan perilaku di tingkat atom.

14. Manfaat Kimia Komputasi
untuk Penelitian
1. Untuk menemukan titik awal untuk sintesis dalam
laboratorium
2. Untuk menjelajahi mekanisme reaksi dan menjelaskan
penamatan pada reaksi di laboratorium
3. Untuk memahami sifat dan perubahan pada sistem
makroskopis melalui simulasi yang berlandaskan hukum-
hukum interaksi yang ada dalam sistem
4. Untuk penentuan interaksi orbital batas (frontier) antara
molekul donor dan aseptor seperti yang digambarkan pada
reaksi siklisasi Diels-Alder
5. Untuk mendapatkan muatan atomik parsial menggunakan
analisis populasi Mulliken untuk memprediksi sisi molekul
yang mudah diserang oleh pereaksi.

15. 6. Untuk menghasilkan peta potensial elektrostatik yang dapat
memberikan gambaran trajektori dalam penerapan proses
docking antara obat dan reseptor.
7. Untuk menghitung kerapatan spin tak berpasangan untuk
mengidentifikasi sisi reaktif pada molekul atau untuk
membandingkan dengan data ESR
8. Untuk perhitungan kimia kuantum dapat memprediksi
intensitas dan panjang gelombang dari transisi elektronik
dan juga dapat memprediksi lokasi dari keadaan aktif secara
non-sepktroskopi
9. Untuk perhitungan kimia kuantum dapat memperkirakan
intensitas dan bilangan gelombang dari garis serapan vibrasi
dan sekaligus dapat menggambarkan gerakan dari mode
normal dengan menggunakan vektor dan animasi.

16. Sumber
• Tuhan Yang Maha Esa
• https://eny4ict.wordpress.com/aplikasi-kimia/kimia-
komputasi/

17. TERIMAKASIH