Kiriman Terbaru

Penetapan Penguji Proposal Prodi Farmasi Angkatan 2019 Penetapan Dosen Pembimbing Skripsi Prodi Farmasi Angkatan 2019 Jadwal Kuliah Selama Ramadhan 1443 H
13 Oktober 1998
 

Akademi Ilmu Pengetahuan Kerajaan Swedia menganugerahkan Penghargaan Nobel Kimia 1998 kepada:

  1. Profesor Walter Kohn , Universitas California di Santa Barbara, AS dan,
  2. Profesor John A. Pople , Universitas Northwestern, Evanston, Illinois, AS (warga negara Inggris).

Pemenang masing-masing telah membuat kontribusi perintis dalam mengembangkan metode yang dapat digunakan untuk studi teoritis tentang sifat-sifat molekul dan proses kimia di mana mereka terlibat.

Kutipan: “untuk Walter Kohn atas pengembangan teori fungsi kerapatannya dan kepada John Pople atas pengembangan metode komputasinya dalam kimia kuantum.”

Pengembangan metode komputasi dalam kimia diberikan

Para peneliti telah lama mencari metode untuk memahami bagaimana ikatan antara atom-atom dalam molekul berfungsi. Dengan metode seperti itu akan mungkin untuk menghitung sifat-sifat molekul dan interaksi di antara mereka. Pertumbuhan mekanika kuantum dalam fisika pada awal 1900-an membuka kemungkinan baru, tetapi aplikasi dalam kimia sudah lama akan datang. Secara praktis tidak mungkin untuk menangani hubungan matematika yang rumit dari mekanika kuantum untuk sistem yang kompleks seperti molekul.

Salah satu pendiri fisika kuantum, Dirac, mengungkapkan masalahnya pada tahun 1929 sebagai berikut: “Hukum-hukum dasar yang diperlukan untuk perlakuan matematis sebagian besar fisika dan seluruh kimia telah diketahui sepenuhnya, dan kesulitannya hanya terletak pada fakta. bahwa penerapan hukum-hukum ini mengarah pada persamaan yang terlalu rumit untuk dipecahkan.

Hal-hal mulai bergerak pada awal 1960-an ketika komputer mulai digunakan untuk memecahkan persamaan ini dan kimia kuantum (penerapan mekanika kuantum untuk masalah kimia) muncul sebagai cabang baru kimia. Saat kita mendekati akhir tahun 1990-an kita melihat hasil dari perkembangan teoretis dan komputasi yang sangat besar, dan konsekuensinya merevolusi seluruh kimia. Walter Kohn dan John Pople adalah dua tokoh paling menonjol dalam proses ini. Karya teoretis W.Kohn telah membentuk dasar untuk menyederhanakan matematika dalam deskripsi ikatan atom, prasyarat untuk banyak perhitungan hari ini. J. Pople mengembangkan seluruh metodologi kimia kuantum yang sekarang digunakan di berbagai cabang kimia.

Perhitungan berbasis komputer sekarang digunakan secara umum untuk melengkapi teknik eksperimental. Selama beberapa dekade mereka telah dikembangkan dan disempurnakan sehingga sekarang memungkinkan untuk menganalisis struktur dan sifat materi secara rinci. Perhitungan konvensional dari sifat-sifat molekul didasarkan pada deskripsi gerak elektron individu. Untuk alasan ini, metode seperti itu secara matematis sangat rumit. Walter Kohn menunjukkan bahwa tidak perlu mempertimbangkan gerakan setiap elektron individu: cukup mengetahui jumlah rata-rata elektron yang terletak pada satu titik dalam ruang. Ini telah menghasilkan metode komputasi yang lebih sederhana, teori fungsi-densitas. Kesederhanaan metode memungkinkan untuk mempelajari molekul yang sangat besar. Hari ini, misalnya, perhitungan dapat digunakan untuk menjelaskan bagaimana reaksi enzimatik terjadi. Butuh lebih dari tiga puluh tahun bagi sejumlah besar peneliti untuk membuat perhitungan ini praktis, dan metode ini sekarang menjadi salah satu yang paling banyak digunakan dalam kimia kuantum.

John Popledihargai karena mengembangkan metode komputasi yang memungkinkan studi teoretis tentang molekul, sifat-sifatnya dan bagaimana mereka bertindak bersama dalam reaksi kimia. Metode ini didasarkan pada hukum dasar mekanika kuantum seperti yang didefinisikan oleh, antara lain, fisikawan E. Schrödinger. Komputer diumpankan dengan rincian molekul atau reaksi kimia dan outputnya adalah deskripsi sifat molekul itu atau bagaimana reaksi kimia dapat terjadi. Hasilnya sering digunakan untuk menggambarkan atau menjelaskan hasil dari berbagai jenis percobaan. Pople membuat teknik komputasinya mudah diakses oleh para peneliti dengan merancang program komputer GAUSSIAN. Versi pertama diterbitkan pada tahun 1970.

Kimia kuantum – latar belakang Hukum mekanika kuantum yang dirumuskan lebih dari 70 tahun yang lalu memungkinkan secara teoritis untuk memahami dan menghitung bagaimana elektron dan inti atom berinteraksi untuk membangun materi dalam segala bentuknya. Tugas kimia kuantum adalah memanfaatkan pengetahuan ini untuk menggambarkan sistem molekuler. Ini terbukti lebih mudah diucapkan daripada dilakukan. Baru pada awal tahun 1960-an pembangunan benar-benar dimulai, ketika dua peristiwa menjadi penentu. Salah satunya adalah pengembangan teori yang sama sekali baru untuk menggambarkan distribusi spasial elektron, dan yang lainnya adalah penggunaan potensi yang meningkat yang ditawarkan oleh komputer. Walter Kohnmenunjukkan pada tahun 1964 bahwa energi total untuk sistem yang dijelaskan oleh hukum mekanika kuantum dapat dihitung secara teoritis jika distribusi spasial elektron (kerapatan elektron ) diketahui. Pertanyaannya hanyalah bagaimana energi bergantung pada densitas. Kohn memberikan petunjuk penting berdasarkan seperti apa ketergantungan ini dalam sistem imajiner dengan elektron bebas. Akan tetapi, dibutuhkan beberapa dekade dan kontribusi dari banyak peneliti sebelum persamaan untuk menentukan energi dipetakan dengan cukup akurat untuk memungkinkan studi sistem molekuler skala besar. Ini telah terjadi sebagian melalui adaptasi sejumlah kecil variabel ke data eksperimen. Metode yang diperkenalkan Kohn kemudian dikenal sebagai teori fungsi-kepadatan. Sekarang digunakan dalam studi berbagai bidang masalah kimia, mulai dari menghitung struktur geometris molekul (yaitu jarak dan sudut ikatan) hingga pemetaan reaksi kimia.

Selama tahun 1960-an banyak kelompok penelitian di Eropa dan Amerika Serikat mulai terburu-buru untuk mengeksploitasi potensi besar komputer. Metode komputasi baru dikembangkan dan disempurnakan. John Popleadalah tokoh terkemuka di bidang ini. Dia menyadari bahwa jika metode teoretis ingin mendapatkan signifikansi apa pun dalam kimia, perlu diketahui seberapa akurat hasilnya dalam kasus tertentu. Selain itu, mereka harus mudah digunakan dan tidak terlalu menuntut sumber daya. Melalui perbaikan signifikan dalam metodologi teoretis pada akhir tahun 1960-an, Pople merancang program komputer yang pada sejumlah poin menentukan lebih unggul daripada upaya orang lain. Prasyarat yang disebutkan di atas sekarang dapat dipenuhi dan GAUSSIAN-70, begitu program ini disebut, segera digunakan secara luas. Pople melanjutkan selama tahun 1970-an dan 1980-an untuk menyempurnakan metodologi, pada saat yang sama membangun model kimia yang terdokumentasi dengan baik. . Di sini dia pada awal tahun 1990-an dapat memasukkan teori fungsi-densitas Kohn. Dengan cara ini, kemungkinan baru terbuka untuk menganalisis molekul yang semakin kompleks.

Gambar 1. Densitas elektron dalam sistein asam amino dihitung menggunakan program komputer kimia kuantum. Gambar menunjukkan permukaan di mana kerapatan elektron adalah 0,002 elektron/Å 3 (artinya hampir semua elektron berada di dalam permukaan). Skala abu-abu menunjukkan potensi elektrostatik pada permukaan ini, bagian yang lebih gelap menunjukkan potensi negatif.

Aplikasi kimia kuantum Kimia kuantum saat ini digunakan dalam semua cabang kimia dan fisika molekuler. Selain menghasilkan informasi kuantitatif tentang molekul dan interaksinya, teori ini juga memberikan pemahaman yang lebih dalam tentang proses molekuler yang tidak dapat diperoleh dari eksperimen saja. Teori dan eksperimen bergabung hari ini dalam pencarian pemahaman tentang struktur bagian dalam materi. Lalu bagaimana perhitungan kimia kuantum dilakukan?

Mari kita ambil contoh sistein asam amino, diilustrasikan di atas. Bagaimana kita menghasilkan gambar itu? Kami duduk di depan komputer dan memulai program kimia kuantum. Dari menu kami memilih molekul di mana atom karbon (C) terikat pada atom hidrogen (H), gugus amino (NH 2 ), gugus tiolathomethyl CH 2SH) dan gugus karboksil (COOH). Komputer menggambar gambaran kasar molekul di layar. Kami sekarang menginstruksikan komputer untuk menentukan geometri molekul dengan perhitungan kimia kuantum. Ini bisa memakan waktu sekitar satu menit jika kita puas dengan hasil yang kasar, tetapi hingga satu hari jika kita menginginkan akurasi yang tinggi. Gambar layar secara bertahap berubah menuju akurasi yang lebih besar hingga tingkat yang telah ditentukan. Ketika operasi ini selesai, kita dapat meminta komputer untuk menghitung properti yang berbeda untuk sistem. Dalam ilustrasi di atas kita telah menghitung permukaan dengan kerapatan elektron konstan. Permukaan diwarnai sesuai dengan nilai potensial elektrostatik. Ini dapat digunakan, misalnya, untuk memprediksi bagaimana molekul berinteraksi dengan molekul lain dan muatan di lingkungannya.

Contoh lain dapat diambil dari alam semesta, di mana, selain bintang dan planet, ada sejumlah besar materi antarbintang, sering dikumpulkan di awan yang luas. Terdiri dari apakah soal ini? Ini dapat dipelajari dari Bumi melalui radiasi yang dipancarkan molekul. Radiasi terjadi karena molekul berputar. Oleh karena itu dimungkinkan menggunakan spektrum frekuensi radiasi untuk menentukan komposisi dan penampilan molekul. Namun, ini adalah tugas yang sangat sulit, terutama karena molekul-molekul ini tidak selalu dapat diproduksi di laboratorium untuk memperoleh bahan untuk studi perbandingan. Kimia kuantum, bagaimanapun, tidak mengalami keterbatasan seperti itu. Perhitungan berdasarkan asumsi struktur dapat memberikan informasi tentang frekuensi emisi radio yang dapat dibandingkan secara langsung dengan data yang dikumpulkan oleh teleskop radio. Dengan cara ini, teori dan pengukuran bersama-sama dapat memberikan informasi tentang komposisi molekul materi antarbintang.

Angka  
Gambar 2. Jauh di atas atmosfer, molekul CF 2 Cl 2 (freon, kiri dalam gambar) dihancurkan oleh sinar ultraviolet. Atom klorin bebas terbentuk, yang bereaksi dengan molekul O 3 (ozon, tepat di gambar) dan menghancurkannya. Proses ini dapat dipelajari dengan menggunakan perhitungan kimia kuantum.

Contoh lain. Tinggi di atmosfer ada lapisan tipis molekul ozon yang melindungi kita dari radiasi ultra-violet dari matahari. Zat yang kita lepaskan ke atmosfer (misalnya freon) dapat menyebabkan rusaknya lapisan ozon. Bagaimana itu terjadi? Reaksi kimia apa yang terlibat? Dengan perhitungan kimia kuantum, kita dapat menggambarkannya secara rinci dan dengan demikian memahaminya. Pengetahuan ini dapat membantu kita untuk mengambil langkah-langkah untuk membuat suasana kita lebih bersih.

Kimia kuantum digunakan saat ini di hampir semua cabang kimia, selalu dengan tujuan untuk meningkatkan pengetahuan kita tentang struktur dalam materi. Karya ilmiah Walter Kohn dan John Pople sangat penting untuk pengembangan bidang penelitian baru ini.


Bacaan lebih lanjut
Materi latar tambahan tentang Hadiah Nobel Kimia 1998 , Akademi Ilmu Pengetahuan Kerajaan Swedia.
EK Wilson, Kimia Teoritis Memperluas dan Mendiversifikasi Lintas Disiplin Kimia , Berita Kimia & Teknik, 19 Agustus 1996.
JH Krieger, Dampak Kimia Komputasi , Berita Kimia & Teknik, 12 Mei 1997.
WJ Hehre, L. Radom, P. v. R. Schleyer och JA Pople, Teori Orbital Molekul Ab Initio , John Wiley & Sons, New York, 1986.
RG Parr dan W. Yang, Teori Densitas-Fungsional Atom dan Molekul , Oxford Science, Oxford, 1989.
Ensiklopedia Kimia Komputasi (ed. Paul v. R. Schleyer), John Wiley & Sons, New York, 1998.

Walter Kohn lahir di Wina, Austria, pada tahun 1923. Dia adalah seorang profesor di Institut Teknologi Carnegie di Pittsburgh, AS antara tahun 1950 dan 1960 dan di Universitas California di San Diego dari tahun 1960 hingga 1979. Dia adalah Direktur Institut untuk Fisika Teoritis di Santa Barbara, di mana dia masih aktif, dari 1979-1984.

Profesor Walter Kohn Departemen Fisika Universitas California di Santa Barbara CA 93106, AS

John A. Pople lahir di Burnham-on-Sea di Somerset, Inggris pada tahun 1925. Warga negara Inggris. Dia menjadi Ph.D. dalam bidang Matematika di Cambridge, Inggris, pada tahun 1951. Pada tahun 1964 ia menjadi Guru Besar Fisika Kimia di Universitas Carnegie-Mellon, Pittsburgh, AS dan selanjutnya Guru Besar Kimia di Universitas Northwestern, AS, pada tahun 1986, di mana ia masih aktif.

Profesor John A. Pople Northwestern University Departemen Kimia 2145 Sheridan Road Evanston, IL 60208, AS

Hits: 15

Leave a Reply

Your email address will not be published.