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 fase, 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.
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.
Dalam kimia teori, kimiawan dan fisikawan secara bersama
mengembangkan algoritma dan program komputer untuk memungkinkan
peramalan sifat-sifat atom dan molekul, dan/atau lintasan reaksi untuk
reaksi kimia, serta simulasi sistem makroskopis. Kimiawan komputasi
kebanyakan “sekedar” menggunakan program komputer dan metodologi yang
ada dan menerapkannya untuk permasalahan kimia tertentu. Di antara
sebagian besar waktu yang digunakan untuk hal tersebut, kimiawan
komputasi juga dapat terlibat dalam pengembangan algoritma baru, maupun
pemilihan teori kimia yang sesuai, agar diperoleh proses komputasi yang
paling efisien dan akurat.
Terdapat 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.
- Penyajian komputasi atom dan molekul
- Pendekatan dalam penyimpanan dan pencarian spesi kimia (Basis data 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 fase
- 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.
Kunjungi Juga: http://www.poltekkestasikmalaya.ac.id
