Alur/flowchart perhitungan kimia komputasi

dokumen-dokumen yang mirip
KIMIA KOMPUTASI Pengantar Konsep Kimia i Komputasi

Austrian-Indonesian i Centre (AIC) for Computational ti lchemistry, Jurusan Kimia i. KIMIA KOMPUTASI Konsep Perhitungan Mekanika Kuantum 2 (Basis Set)

MATEMATIKA KIMIA Sistem Koordinat

Aplikasi Kimia Komputasi

PERHITUNGAN MEKANIKA MOLEKUL

KIMIA KOMPUTASI PEMODELAN MOLEKUL Senyawa Fulleren

OPTIMASI FUNGSI MULTIVARIABLE TANPA KENDALA DENGAN METODE NEWTON

Struktur Umum Perhitungan Medan Gaya

RADIOKIMIA Tipe peluruhan inti

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

11/25/2013. Teori Kinetika Gas. Teori Kinetika Gas. Teori Kinetika Gas. Tekanan. Tekanan. KINETIKA KIMIA Teori Kinetika Gas

LAPORAN RESMI PAKTIKUM KIMIA KOMPUTASI. Analisis Butana. Oleh : AMRULLAH 13/347361/PA/ Jum at, 4 Maret 2016 Asisten Pembimbing : Wiji Utami

RADIOKIMIA Pendahuluan Struktur Inti

OPTIMASI FUNGSI MULTI VARIABEL DENGAN METODE UNIVARIATE. Dwi Suraningsih (M ), Marifatun (M ), Nisa Karunia (M )

Tembaga 12/3/2013. Tiga fasa materi : padat, cair dan gas. Fase padat. Fase cair. Fase gas. KIMIA ZAT PADAT Prinsip dasar

BAB 2 LANDASAN TEORI

METODE STEEPEST DESCENT

ELEKTROKIMIA Konsep Dasar Reaksi Elektrokimia

ELEKTROKIMIA Reaksi Reduksi - Oksidasi

RADIOKIMIA Kinetika dan waktu paro peluruhan. Drs. Iqmal Tahir, M.Si.

TUTORIAL KE-I KIMIA KOMPUTASI. Oleh: Dra. M. Setyorini, M.Si Andrian Saputra, S.Pd., M.Sc

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

Kata Pengantar. Medan, 11 April Penulis

BAB VIII PROGRAM KIMIA KOMPUTASI HYPERCHEM

MODELING OF ALKYL SALICYLATE COMPOUNDS AS UV ABSORBER BASED ON ELECTRONIC TRANSITION BY USING SEMIEMPIRICAL QUANTUM MECHANICS ZINDO/s CALCULATION

TERHADAP PERUBAHAN UKURAN WINDOW

ELEKTROKIMIA Termodinamika Elektrokimia

RENCANA PEMBELAJARAN SEMESTER. Mata Kuliah : KIMIA KOMPUTASI Semester: VI (ENAM) sks: 3 Kode: D

BAB 2 KAJIAN PUSTAKA. Menurut Asghar (2000), secara garis besar masalah optimisasi terbagi dalam beberapa tipe berikut:

ELEKTROKIMIA Informasi Kuliah

INTISARI. Kata kunci : QSAR, fungisida, thiadiazolin

Oke, semoga ada manfa'atnya :D. Err: penyebab GAMESS menjadi error (mungkin saja bisa lebih dari satu) TS: troubleshooting sederhananya.

PEMODELAN MOLEKUL SENYAWA BERPOTENSI SUNSCREEN BERBASIS STRUKTUR MOLEKUL MYCOSPORINE-LIKE AMINO ACIDS-GLYCINE

ELEKTROKIMIA Potensial Listrik dan Reaksi Redoks

METODE STEEPEST DESCENT

BAB 1 PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

10/18/2012. James Prescoutt Joule. Konsep dasar : Kerja. Kerja. Konsep dasar : Kerja. TERMODINAMIKA KIMIA (KIMIA FISIK 1 ) Hukum Termodinamika Pertama

PERCOBAAN I ANALISIS BUTANA

REAKSI Cr, Cr 2, Mn, Mn 2, Fe, DAN Fe 2 DENGAN F 2, H 2, N 2, DAN O 2 : KAJIAN TEORI FUNGSIONAL KERAPATAN

PREDIKSI TIPE AKTIVITAS SENYAWA TABIR SURYA HOMOSALAT BERDASARKAN ANALISIS SPEKTRA TRANSISI ELEKTRONIK PADA KONFIGURASI BENTUK DIMER DAN SOLUT-SOLVEN

Metode Simpleks dalam Bentuk Tabel (Simplex Method in Tabular Form) Materi Bahasan

Konvergensi Global Metode Spectral Conjugate Descent yang Baru Menggunakan Pencarian Garis Armijo yang Termodifikasi

Studi Adsorpsi Molekul Nh 3 Pada Permukaan Cr(111) Menggunakan Program Calzaferri

Dr. Ir. Bib Paruhum Silalahi, M.Kom

Modifikasi Kontrol untuk Sistem Tak Linier Input Tunggal-Output Tunggal

TUGAS KOMPUTASI SISTEM FISIS 2015/2016. Pendahuluan. Identitas Tugas. Disusun oleh : Latar Belakang. Tujuan

PROJEK 2 PENCARIAN ENERGI TERIKAT SISTEM DI BAWAH PENGARUH POTENSIAL SUMUR BERHINGGA

KAJIAN PERUBAHAN UKURAN RONGGA ZEOLIT RHO BERDASARKAN VARIASI RASIO Si/Al DAN VARIASI KATION ALKALI MENGGUNAKAN METODE MEKANIKA MOLEKULER

APLIKASI TEORI THOMAS-FERMI UNTUK MENENTUKAN PROFIL KERAPATAN DAN ENERGI ATOM HIDROGEN, ATOM LITIUM, DAN MOLEKUL!!

UNIVERSITAS BINA NUSANTARA PERANCANGAN PROGRAM APLIKASI UNTUK PERCOBAAN DENGAN MENGGUNAKAN METODA RESPONS PERMUKAAN BERFAKTOR DUA.

BAB I PENDAHULUAN. keadaan energi (energy state) dari sebuah sistem potensial sumur berhingga. Diantara

LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA ANORGANIK II PERCOBAAN IV PENENTUAN KOMPOSISI ION KOMPLEKS

RANCANGAN PEMBELAJARAN KIMIA FISIKA III

ANALISIS SPEKTRA TRANSISI ELEKTRONIK SENYAWA TABIR SURYA AVOBENZON DAN OKSIBENZON MELALUI KAJIAN INTERAKSI DENGAN PELARUT ETANOL

PENENTUAN RUMUS ION KOMPLEKS BESI DENGAN ASAM SALISILAT

BAB 2 PROGRAM LINIER DAN TAK LINIER. Program linier (Linear programming) adalah suatu masalah matematika

BAB III REGRESI SPASIAL DENGAN PENDEKATAN GEOGRAPHICALLY WEIGHTED POISSON REGRESSION (GWPR)

Paper submitted to the Komputasi Sains of the Indonesia Computational Society

RANCANGAN PEMBELAJARAN SEMESTER MATA KULIAH MATEMATIKA EKONOMI. Matematika Ekonomi Semester : 1 Kode : SM Manajemen Dosen : Farah Alfanur

UNESA Journal of Chemistry Vol. 1, No. 1, May 2012

BAB I PENDAHULUAN UMUM

PENGEMBANGAN ALGORITMA ITERATIF UNTUK MINIMISASI FUNGSI NONLINEAR

METODE SEQUENTIAL QUADRATIC PROGRAMMING (SQP) UNTUK MENYELESAIKAN PERSOALAN NONLINEAR BERKENDALA SKRIPSI YANI

Energetika dalam sistem kimia

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN. adalah optimasi digunakan untuk memaksimalkan keuntungan yang akan diraih

ANALISIS SPEKTRA TRANSISI ELEKTRONIK BENTUK DIMER SENYAWA TABIR SURYA AVOBENZON DAN OKSIBENZON AKIBAT PENGARUH INTERAKSI IKATAN HIDROGEN

UNIVERSITAS BINA NUSANTARA

ENERGI TOTAL KEADAAN EKSITASI ATOM LITIUM DENGAN METODE VARIASI

LESSON 6 : INFORMED SEARCH Part II

Struktur Molekul:Teori Orbital Molekul

MOTIVASI. Secara umum permasalahan dalam sains dan teknologi digambarkan dalam persamaan matematika Solusi persamaan : 1. analitis 2.

BAB IV OSILATOR HARMONIS

METODE NUMERIK STEEPEST DESCENT

SIMULASI EFEKTIVITAS SENYAWA OBAT ERITROMISIN F DAN 6,7 ANHIDROERITROMISIN F DALAM LAMBUNG MENGGUNAKAN METODE SEMIEMPIRIS AUSTIN MODEL 1 (AM1)

Oleh : Rahayu Dwi Harnum ( )

BAB IV INTERPRETASI KUANTITATIF ANOMALI SP MODEL LEMPENGAN. Bagian terpenting dalam eksplorasi yaitu pengidentifikasian atau

SOAL LATIHAN CHEMISTRY OLYMPIAD CAMP 2016 (COC 2016)

ARAH KONJUGAT. dibuat guna memenuhi tugas UAS Mata Kuliah Metode Numerik Dosen: Rukmono Budi Utomo M.Sc. 4 juni Dadang Supriadi A2

FISIKA MODERN. Pertemuan Ke-7. Nurun Nayiroh, M.Si.

ABSTRAK. Kata kunci : tabir surya, transisi elektronik, mycosporine, pemodelan molekul, PM3 ABSTRACT

MODEL SEL SIMULASI SELF-ASSEMBLED MONOLAYER REVERSIBEL. Wahyu Dita Saputri ABSTRAK ABSTRACT

Perhitungan Nilai Golden Ratio dengan Beberapa Algoritma Solusi Persamaan Nirlanjar

Doc. Name: SBMPTN2015FIS999 Version:

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang Masalah

BAB III PEMBAHASAN. digunakan untuk membentuk fungsi tujuan dari masalah pemrograman nonlinear

PAH akan mengalami degradasi saat terkena suhu tinggi pada analisis dengan GC dan instrumen GC sulit digunakan untuk memisahkan PAH yang berbentuk

METODE NUMERIK. Akar Persamaan (2) Pertemuan ke - 4. Rinci Kembang Hapsari, S.Si, M.Kom

METODE STEEPEST DESCENT DALAM PENGOPTIMUMAN FUNGSI DAN PENERAPANNYA MENGGUNAKAN APLIKASI ANDROID ALFI AINI

STRUKTUR SOLVASI ION SKANDIUM(I) DALAM AMMONIA BERDASARKAN METODE MEKANIKA KUANTUM DAN MEKANIKA KLASIK

Akar-Akar Persamaan. Definisi akar :

ALGORITMA MODIFIKASI BROYDEN-FLETCHER-GOLDFARB-SHANNO (MBFGS) PADA PERMASALAHAN OPTIMASI

PRAKTIKUM STRUKTUR ATOM

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

METODE NUMERIK ARAH KONJUGASI

Sulistyani, M.Si.

LANDASAN TEORI. Dalam proses penelitian pendugaan parameter dari suatu distribusi diperlukan

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

10/14/2012. Gas Nyata. Faktor pemampatan (kompresi), Z. Faktor Kompresi, Z. TERMODINAMIKA KIMIA (KIMIA FISIK 1 ) Sistem Gas Nyata

Transkripsi:

Austrian Indonesian Centre (AIC) for Computational Chemistry Jurusan Kimia - FMIPA Universitas Gadjah Mada (UGM) KIMIA KOMPUTASI Proses Optimisasi i i Geometri Drs. Iqmal Tahir, M.Si. Austrian-Indonesian i Centre (AIC) for Computational ti lchemistry, Jurusan Kimia i Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Gadjah Mada, Sekip Utara, Yogyakarta, 55281 Tel : 0857 868 77886; Fax : 0274-545188 Email : iqmal@ugm.ac.id atau iqmal.tahir@yahoo.com Website : http://iqmal.staff.ugm.ac.id http://iqmaltahir.wordpress.com Alur/flowchart perhitungan kimia komputasi Input GUI manual Input human : Pemilihan! Kesukaran Molekul Koordinat Program Sifat molekul l Interpretasi Koordinat Cartesian Matriks Z Kode SMILES Perangkat lunak: AMBER, CHARMM, GROMOS, Sybyl AMPAC, MOPAC, VAMP Gaussian, Gamess, MOLPRO struktur energi Orbital molekul IR, NMR, UV 1

Proses Perhitungan Kimia Komputasi Input struktur molekul Tiga jenis perhitungan dasar : Energi Single-point Optimisasi Geometry Perhitungan frekuensi (Frequency calculation) Interpretasi data Perhitungan Energi Single-Point Merupakan bentuk perhitungan paling sederhana, hanya dengan melakukan perhitungan pada struktur intrinsik yang diberikan. Berguna untuk mengetahui kestabilan suatu senyawa. Struktur yang berada pada keadaan tereksitasi dapat dimodelkan. Menjabarkan suatu energi potensial permukaan (Potential Energy Surface, PES) 2

Profil Energi HO * Ground State 1st Excited State E, Hartrees -74.5-74.55-74.6-74.65-74.7 01 0.1 06 0.6 11 1.1 16 1.6 r, Angstroms Energi HO* pada keadaan dasar selalu lebih rendah daripada keadaan tereksitasi. PROFIL ENERGI n-butana Terangkan : Titik maksimum lokal dan titik maksimum global Titik minimum lokal dan titik minimum global Struktur yang relatif stabil Struktur yang paling stabil 3

ENERGI POTENSIAL PERMUKAAN Gambaran profil isoenergi pada keseluruhan ruang. Perhitungan Optimasi Geometri Secara umum merupakan langkah penentuan geometri keseimbangan Secara umum adalah mencari bentuk geometri yang terkait dengan energi single-point yang paling rendah. Dapat digunakan untuk mencari geometri keadaan transisi dengan jalan minimisasi energi pada seluruh ruang koordinat pada PES. Pada mekanika kuantum berupa Teori medan keajegan diri (SCF) yang akan mencari titik tetap di mana gradien energi mendekati nol. Pada beberapa kasus dapat merujuk pada titik minimum atau suatu titik saddlepoint 4

Energi sebagai fungsi geometri Untuk sistem molekul poliatomik yang terdiri dari N buah atom harus didefinisikan dengan 3N koordinat cartesian atau 3N-6 koordinat internal. Gambaran energi sebagai fungsi geometri ini menjabarkan suatu profil permukaan energi potensial / Potential Energy Surface (PES) multidimensi. PES dicirikan dengan beberapa titik diam (stationary points): Minima Maksima Saddle points ener rg y coordinate s Energi sebagai fungsi geometri 5

Klasifikasi Titik Diam Tipe Minimum Maksimum Saddle point 20.0 Derivatif pertama 0 0 0 Derivatif kedua positif negatif 1 negatif energi 16.0 12.0 8.0 40 4.0 0.0 0 90 180 270 360 koordinat transition state local minimum global minimum ENERGI POTENSIAL PERMUKAAN Titik maksimum >< minimum Energi tinggi >< rendah Struktur tidak stabil >< stabil Konformasi struktur tereksitasi >< struktur eksis (reaktan/produk) 6

Contoh PES kompleks pada Protein Folding Funnel Local mimina Global minimum Populasi Titik Minima Global minimum Active Structure Most populated minimum Kebanyakan metoda minimiasi hanya dapat menuju arah penurunan energi sehingga dapat menentukan titik minimum terdekat (sesuai arah penurunan). Tidak ada metoda minimisasi yang dijamin dapat langsung menentukan energi minimum global. Tidak ada metoda yang terbukti paling baik untuk seluruh kasus. 7

Skema Umum Minimasi Energi Titik awal x 0 Minimum? ya Stop Tidak Hitung x k+1 = f(x k ) Untuk suatu energi potential ti pada koordinat Cartesian r i, maka titik optimum haruslah minimum pada kondisi : Batas konvergensi Untuk suatu energi potential pada koordinat Cartesian r i, maka titik optimum haruslah optimum pada kondisi gradien energi : Secara umum proses iterasi diatur oleh pengguna. Batas konvergensi ditentukan : 1. Gradien energi seminimal mungkin Gradien mendekati nol mendekati optimum. Gradien 0,1-0,001 kkal/å.mol. 2. Jumlah iterasi. N siklus Iterasi bertambah mendekati optimum. 8

Metoda Optimasi Geometri Metode Simplex. Metoda Deret Satu Variabel (Sequential Univariate) Metoda Penurunan tercuram (Steepest t Descent) Metoda Gradien Kesekawanan (Conjugate gradient, Quasi NR ) Metoda Newton-Raphson (Block Diagonal) Metoda Simplex, Satu variabel Sequential Menggunakan skala persyaratan memori sebanyak N. Metoda cukup kuat karena dapat dimulai dari geometri awal yang buruk. Relatif lambat untuk mencapai konvergensi pada permukaan kuadratik. Membutuhkan banyak evaluasi fungsi (terutama Simplex). 9

Metoda Deret Satu Variabel (Sequential Univariate Method) Untuk setiap koordinat: Ditentukan dua titik baru (x i + x i, x i +2 x i ) dan dihitung masing-masing energinya. Difitkan suatu parabola pada x i (1), x i + x i (2), x i +2 x i (3) dan ditentukan titik minimumnya (4). Dihimpun sekelompok koordinat x i pada parabola dengan titik minimum tersebut. Proses akan berulang dan jika perubahan seluruh koordinat sudah relatif kecil (proses dianggap konvergen) maka proses berhenti. Metoda ini memerlukan evaluasi fungsi yang lebih sedikit dibandingkan metoda Simplex tetapi relatif lambat mencapai batas konvergensi. Metoda Penurunan Tercuram Nama metoda Steepest Descent Termasuk minimisasi derivatif pertama yaitu menggunakan turunan pertama dari energi potensial sehubungan dengan koordinat Cartesian Menggunakan skala persyaratan memori sebanyak 3N. Metoda cukup kuat Pencapaian konvergensi dapat digaransi pada permukaan kuadratik Lambat untuk mencapai batas konvergensi khususnya saat mendekati titik minimum Metode ini bergerak menuruni lereng curam pasukan interatomik pada PES. Penurunan ini dicapai dengan menambahkan kenaikan ke koordinat dengan arah gradien negatif dari energi potensial, atau gaya. Permukaan energi potensial memiliki minimum pada M. Jika minimalisasi dimulai pada titik A dan hasil dengan langkah-langkah sangat kecil, struktur mengikuti jalan keseluruhan A-M selama optimasi steepest descent. Jika langkah pertama adalah lebih besar :sepanjang A-B, maka langkah selanjutnya di sepanjang B-C. Jika langkah awal yang lebih besar lagi : sistem pada D, langkah kedua bisa dilanjutkan sepanjang jalur D-E. 10

Metoda Gradien Kesekawanan Nama metoda Conjugate gradient, Quasi NR Termasuk minimisasi derivatif pertama, namun metode ini berbeda dari teknik steepest descent yakni dengan menggunakan kedua besaran gradien saat ini dan arah pencarian sebelumnya untuk mendorong minimalisasi. Menggunakan skala persyaratan memori sebanyak (3N) 2. Mencapai konvergensi dalam N langkah untuk N derajat kebebasan. Pencapaian konvergensi dapat digaransi pada permukaan kuadratik Arah tidak stabil saat mendekati titik minimum Metoda ini dapat dipilih untuk sistem yang cukup besar. Metoda Gradien Kesekawanan Keuntungan dari minimisasi metode ini adalah bahwa menggunakan riwayat minimisasi sebelumnya untuk ikut menghitung arah pencarian, dan menyatu lebih cepat daripada teknik steepest descent. Metoda ini juga memiliki faktor skala, b, untuk menentukan ukuran langkah. Hal ini membuat langkah ukuran optimal bila dibandingkan dengan teknik steepest descent. Sebuah sistem molekuler dapat mencapai minimum potensial setelah langkah kedua jika langkah hasil pertama dari A ke B. Jika langkah pertama adalah terlalu besar, menempatkan sistem pada D, langkah kedua masih menempatkan sistem dekat minimum (E) karena optimizer mengingat langkah kedua dari belakang. 11

Metoda Newton-Raphson Menggunakan skala persyaratan memori sebanyak (3N) 2. Metoda ini sering disebut metoda block diagonal dan termasuk kategori optimisasi turunan kedua. Jadi metoda akan menghitung turunan baik pertama dan kedua energi potensial berkaitan dengan koordinat Cartesian. Derivatif ini memberikan informasi tentang kedua kemiringan dan kelengkungan permukaan energi potensial. Mencapai konvergensi dalam satu langkah pada permukaan kuadratik. Arah tidak stabil saat mendekati titik minimum Metoda ini relatif memerlukan unjuk kerja komputasi tinggi. Teknik ini hanya tersedia untuk medan gaya MM+. Di manakah titik minimum global air? 12