Language
Country/Area
No result found
Tahukah Anda apa itu permukaan energi potensial (PES)? Apa rahasianya?
Permukaan Energi Potensial (PES) sangat terkenal dan penting dalam kimia komputasional. PES menggambarkan hubungan antara energi potensial suatu sistem molekuler (seperti kumpulan atom) dan struktur geometrisnya. Rahasia permukaan ini adalah bahwa PES dapat mengungkap jalur potensial reaksi molekuler dan membantu ilmuwan memahami dan memprediksi perilaku kinetik dan termodinamika reaksi kimia.
Memahami PES akan membantu kita menemukan struktur molekuler dan keadaan transisi yang stabil selama studi reaksi.
Pengertian Permukaan Energi Potensial
Permukaan energi potensial adalah fungsi energi yang ditentukan oleh gaya interaksi atom dalam suatu molekul. PES menggambarkan energi potensial suatu sistem molekuler dalam struktur geometris yang berbeda. Setiap titik mewakili struktur geometris tertentu dan energinya yang sesuai. Pada permukaan ini, titik minimum lokal biasanya sesuai dengan struktur molekul yang stabil, sedangkan titik pelana atau keadaan transisi adalah titik kunci selama proses reaksi.
Proses optimasi geometri
Optimasi geometri adalah proses menemukan geometri yang meminimalkan energi pada PES. Proses ini tidak hanya berlaku untuk molekul tunggal, tetapi juga untuk ion, materi terkondensasi, dan keadaan transisi reaksi. Sasaran optimasi geometri adalah untuk memperoleh gaya yang mendekati nol dan mencapai titik stasioner pada PES.
Saat melakukan optimasi geometri molekul air, kami bertujuan untuk memperoleh panjang ikatan hidrogen-oksigen dan sudut hidrogen-oksigen-hidrogen sedemikian rupa untuk meminimalkan gaya.
Mencari keadaan transisi
Dalam banyak reaksi kimia, keadaan transisi adalah kunci kinetika reaksi, yang sesuai dengan titik pelana pada PES. Menemukan keadaan transisi dapat dicapai dengan berbagai metode, termasuk metode lokal dan metode semi-global. Metode-metode ini dapat membantu ahli kimia memahami perubahan energi dalam proses reaksi dan mengeksplorasi lebih jauh mekanisme reaksi.
Metode optimasi dalam praktik
Dalam praktik optimasi geometri, pilihan algoritma sangat penting. Untuk sebagian besar sistem praktis, menghitung matriks Hessian terlalu mahal, sehingga biasanya diperkirakan berdasarkan parameter gradien yang dihitung. Selain itu, memilih sistem koordinat yang tepat (misalnya, internal versus Cartesian) dapat berdampak signifikan pada keberhasilan dan efisiensi optimasi.
Banyak paket perangkat lunak kimia komputasional modern menyertakan rutinitas untuk secara otomatis menghasilkan sistem koordinat yang wajar untuk mengoptimalkan perhitungan.
Perbandingan optimasi vertikal dan horizontal
Optimasi geometri berbeda dari simulasi dinamika molekuler. Yang terakhir mensimulasikan pergerakan molekul dalam waktu dan dipengaruhi oleh suhu dan gaya kimia. Namun, tujuan utama optimasi geometri adalah meminimalkan gaya yang bekerja pada atom, sehingga sering kali struktur energi minimum yang sama diperoleh pada jalur optimasi yang berbeda, tetapi tidak ada lintasan yang bermakna secara fisik.
Arah Penelitian Masa Depan
Dengan terus berkembangnya teknologi kimia komputasional, studi permukaan energi potensial akan menjadi topik hangat yang berkelanjutan. Baik untuk memperoleh material baru dari struktur molekul yang ada atau untuk memahami secara mendalam detail reaksi molekuler, PES dapat memberikan dukungan informasi yang sangat diperlukan. Bagaimana tepatnya mekanisme reaksi kimia tersebut berlangsung pada permukaan ini?
