Simulasi Dinamika Molekular

I. PENDAHULUAN

Dinamika molekuler merupakan suatu metode untuk menyelidiki struktur dari zat padat, cair dan gas. Umumnya dinamika molekuler menggunakan teknik persamaan hukum newton dan mekanika klasik. Tujuan utama dari simulasi dinamika molekuler adalah (Astuti dan Mutiara,2009):

 Menghasilkan trajektori molekul dalam jangka waktu terhingga.

 Menjadi jembatan antara teori dan hasil eksperimen.

 Memungkinkan para ahli kimia untuk melakukan simulasi yang tidak bisa dilakukan dalam   laboratorium.

Simulasi dinamika molekul merupakan sebuah metode yang dapat digunakan untuk melakukan prediksi terhadap sifat-sifat statik maupun dinamik yang diturunkan secara langsung dari interaksi ditingkat atom atau molekul. Mengingat belum ada altematif lainnya yang dapat digunakan untuk memecahkan persoalan itu sampai ketingkatan yang cukup rinci maka metoda simulasi dinamika molekul ini merupakan sesuatu yang tidak terhindarkan dalam penelitian baik untuk ilmu

mumi maupun rekayasa (Dipojono,2001).

            Konsep Dinamika Molekuler yaitu, besarnya gaya antar molekul dihitung secara eksplisit dan pergerakan molekul dikomputasi dengan metode integrasi. Metode ini digunakan untuk menyelesaikan persamaan newton pada atom yang konstituen. Dimana kondisi awal digambarkan dengan posisi dan kecepatan atom. Berdasarkan persepsi newton, dari posisi awal, dapat dilakukan penghitung posisi dan kecepatan selanjutnya dalam interval waktu yang kecil serta penghitungan gaya pada posisi yang baru. Hal ini berulang untuk beberapa saat, bahkan hingga ratusan kali (Astuti dan Mutiara,2009).

Konsep yang digunakan dalam Gromacs adalah syarat batas periodik dan group. Syarat batas periodik merupakan cara klasik yang digunakan pada Gromacs untuk mengurangi efek tepi dalam suatu sistem. Dimana atom yang akan disimulasikan diletakan pada sebuah box, yang disekitarnya dikelilingi oleh salinan atom tersebut. Dalam Gromacs terdapat beberapa model box yaitu triclinic, cubic serta octahedron. Konsep Gromacs yang kedua adalah group. Konsep ini digunakan dalam Gromacs untuk menampilkan suatu tindakan. Setiap group hanya dapat memiliki jumlah atom maksimum 256, dimana setiap atom hanya boleh mempunyai enam group yang berbeda(Astuti dan Mutiara,2009).

.

Algoritma Verlet

Algoritma inilah yang paling banyak digunakan untuk keperluan dinamika molekul. Ide dasarnya adalah menguraikan posisi atom, misal atom dengan indek I, R[ dalam deret Taylor sampai orde ketiga, baik secara maju ( forward) maupun mundur (backward) dalam waktu. Jadi dapat dituliskan(Astuti dan Mutiara,2009),

Jika kedua persarnaan di alas dijumlahkan maka akan diperoleh bentuk dasar dari algoritma Verlet yaitu(Astuti dan Mutiara,2009),

Persoalan yang timbul dalam menggunakan algoritma Verlet versi ini adalah bahwa kecepatan atom tidak langsung tersedia. Meskipun kecepatan itu tidak diperlukan untuk mengetahui evolusi trayektori namun pengetahuan mengenai kecepatan ini kadang kadang diperlukan, misalnya untuk menghitung energi kinetik yang amat diperlukan untuk menguji aspek konservasi energi total sistem. Kecepatan itu dapat saja dihitung dengan menggunakan persamaan(Astuti dan Mutiara,2009),

Namun kesalahan dalam persamaan untuk kecepatan ini adalah dalam order Δt², bukan lagi dalam order Δt⁴. Untuk mengatasi persoalan ini telah dikembangkan beberapa variasi dari algoritma Verlet ini yang salah satu di antaranya adalah(Astuti dan Mutiara,2009),

Tujuan dari percobaan ini yaitu untuk menganalisis profil fungsi distribusi radial g(r), fluktuasi energi, mean square displacement (MDS), dan menentukan koefisien difusi D dengan menggunakan teknik simulasi dinamika molekular untuk sistem homogen sederhana.

II. METODOLOGI

2.1. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan adalah

2.2. Prosedur

Pertama, praktikan menyiapkan program simulasi dinamika molekular GROMACS pada server komputas. Dalam direktori kerja terdapat tiga file yaitu topol.top, grompp.mdp, argon-init.py dan coordnum.py. Lalu membuat tiga direktori, masing-masing bernama solid, liquid dan gas. Kemudian mengcopy file gromp.mdp dan topol .top pada masing-masing direktori tersebut. Lalu praktikan melakukan sign in ke direktori solid, kemudian membuat konfigurasi awal sel simulasi yang berisi argon sebanyak 512 partikel sesuai perintah: phyton . . /argon-iniy.py. Kemudian mengedit file teks grompp.mdp dengan perintah nano grompp.mdp. Kemudian mencari baris yang memuat parameter dan menyesuaikan nilainya sesuai perintah , untuk menyimpan file tekan ctrl-o dan untuk keluar dari prograam nano tekan ctrl-x. Selanjutnya mengkompilasi semua file parameter tersebut menjadi satu menggunakan perintah: grompp. Menjalankan GNU screen, kemudian menjalankan GROMACS dengan perintah,: make. Setelah simulasi berakhir , memastikan terdapat 4 file hasil analisis berikut: energy.xvg, msd.xvg, rdf.xvg dan traj.gro. Lalu mengcopy keempar file tersebut ke komputer praktikan. Praktkan membuka file traj.gro di VMD atau avogadro. Kemudian menggunakan gnuplot untuk memplot energi potensial terhadap waktu dari data yang terdapat dalam file energy.xvg. Lalu mengamati waktu ketika terjadi perubahan fasa. Selanjutnya, mengulangi prosedur yang sama seperti sebelumnya dalam drektori liquid dan direktori gas dengan parameter: Liquid dengan =1,40g mL^-1, N_stop= 10⁶, T=120K dan Gas dengan =1,784 x 10^-3g mL^-1, N_stop= 10⁶, T=273K. Untuk direktori solid, menjalankan perintah: phyton . . / coordnum.py yang menganalisis bilangan koordinasi kristal argon yang terbentuk. Lalu membandingkan hasilnya menurut bilangan kooridnasi yang ada dengan literatur. Kemudian membuat grafik yang menunjukkan hubungan fungsi distribusi radial g(r) dengan jarak r unuk tiga fasa dalam satu grafik dengan menggunakan file rdf.xvg. Selanjutnya, membuat grafik yang menunjukkan perubahan energi potensial terhadap waktu untuk tiga fasa dalam satu grafik dengan menggunakan file energy.xvg. Lalu membuat grafik MSD vs waktu untuk tiga fasa dalam satu grafik dengan mengggunakan file msd.xvg. Kemudian menghitung Koefisien difusi untuk Ar pada semua fasa dalam percobaan. Lalu membandingkan nilai dari data eksperimen (ᶯ sebesar 210 P pada tekanan 1 atm dan temperatur 273K) dengan viskositas yang diperoleh dari hasil simulasi.

2.2.1

2.2.2

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Setelah melakukan praktikum kali ini didapat data sebagai berikut :

IV. KESIMPULAN

Dari praktikum ini dapat disimpulkan

V. DAFTAR PUSTAKA

[1] Astuti,A.D. dan Mutiara, A.B. 2009, Simulasi Dinamika Molekuler Protein Dengan Aplikasi Gromacs, Teknik Informatika, Teknologi Industri, Universitas Gunadarma

[2] Dipojono, H.K.,2001, Simulasi Dinamika Molekul, Laboratorium Komputasi Material, Departemen Teknik Fisiko, ITB