PENDAHULUAN
Pemanfaatan komputer
dalam pemodelan molekul dasar zeolit merupakan bidang kajian yang masih
potensial. Dengan menggunakan metode kimia komputasi dapat dibuat suatu model
molekul yang dapat dimodifikasi serta dianalisis. Melalui metode ini diharapkan
waktu analisis dalam penelitian menjadi lebih singkat dengan biaya yang yang
lebih murah.
Salahsatu metode kimia
komputasi yang digunakan dalam pemodelan molekul adalah mekanika molekuler.
Untuk penelitian yang bersifat kualitatif, metode mekanika molekuler ini
merupakan metode yang cukup populer digunakan saat ini. Perhitungan-perhitungan
dalam mekanika molekuler dilakukan berdasarkan pendekatan Born-Oppenheimer yang
menyatakan bahwa gerakan elektron dan inti dapat dipisah satu dengan yang
lainnya. Gerak elektronik dalam suatu molekul diabaikan dan interaksi yang diperhitungkan
sebagai fungsi posisi inti atom saja (Leach,1996). Dalam perkembangannya,
mekanika molekuler dapat diterapkan pada banyak penyelesaian persoalan di
bidang kimia, seperti: struktur dan energi konformasi molekul organik,
permukaan katalis dan ikatan hidrogen.
Pemodelan molekul dasar
zeolit adalah suatu contoh penerapan metode mekanika molekuler dalam penelitian
kimia katalis. Data eksperimen yang digunakan dalam pemodelan molekul dasar
zeolit adalah rumus molekul, bentuk geometri, rasio Si/Al dari molekul dasar
zeolit seperti faujasit, sodalit, kabasit, dll. Beberapa literatur kimia telah
banyak membahas data tersebut dari berbagai tinjauan, baik aspek termodinamika,
sintesa dan pemanfaatannya. Pemodelan molekul zeolit memberikan keuntungan
tersendiri. Pertama, metode komputasi memungkinkan untuk membangun struktur
hipotetik zeolit maupun struktur zeolit yang baru, mempelajari stabilitas dan
sifat-sifat strukturnya. Kedua, kemampuan metode komputasi untuk mengembangkan
teknik memprediksi struktur zeolit
berdasarkan data eksperimen yang sedikit. Melalui model molekul dapat
dipelajari sifat-sifat zeolit, misalnya mengenai pengaruh rasio Si/Al dan
template organik terhadap diameter rongga dalam struktur zeolit. Pengamatan
terhadap diameter rongga suatu struktur
dasar zeolit menjadi penting dilakukan
karena reaksi katalisis maupun pertukaran ion terjadi di dalam rongga tersebut.
STRUKTUR
DASAR ZEOLIT
Struktur dasar zeolit
merupakan tetrahedral berupa atom Si atau Al dengan empat atom oksigen di
sekeliling pusat tetrahedral berupa atom Si atau Al dengan empat atom oksigen
di sekeliling pusat tetrahedral. Jarak antara pusat tetrahedral dengan atom
oksigen mendekati 0.162 nm untuk tetrahedral silika dan mendekati 0.174 nm
untuk tetrahedral alumina. Rasio Si/Al di dalam zeolit alam berkisar antara 1
sampai 6. Rasio satu ditentukan berdasarkan aturan Lowenstein yaitu tetrahedral
AlO4 tidak dibenarkan berikatan dengan tetrahedral AlO4 lainnya melalui atom
oksigen, sehingga didapatkan rasio Si/Al =1
Struktur
zeolit menurut Meier dan Olson (Tsitsishvili et al, 1992)
1. Unit pembangun primer merupakan unit
terkecil dari kerangka zeolit yang terdiri dari beberapa tetrahedral TO
. Tetrahedral-tetrahedral ini bergabung satu samalain melalui
atom oksigen membentuk kerangka tiga dimensi
2. Unit pembangun sekunder (UPS)
merupakan gabungan dari dua, tiga atau lebih tetrahedral untuk membentuk
lapisan tunggal atau rantai cincin. Beberapa unit pembangun sekunder
diantaranya S4R (single four ring),
S6R (single six ring), S8R (single
eight ring) dan S5R (single five ring).
3. Polihedral meriupakan gabungan
beberapa unit pembnagun sekunder. Selanjutnya unit pembangun sekunder akan
membentuk polihedral-polihedral yang besar sebagai kristal zeolit.
PEMODELAN
MOLEKULER
Pemodelan molekuler
merupakan suatu cara untuk menggambarkan atau menampilkan perilaku molekul atau
sistem semirip dengan aslinya. Definisi lainnya menyatakan bhwa pemodelan
molekuler merupakan deskripsi, representasi molekul dalam bentuk tiga dimensi
dan terkait dengan sifat-sifat fisikokimia (Boyd, 1990). Pemodelan molekuler
menggunakan metode-metode mekanika kuantum, mekanika molekuler, minimisasi,
simulasi, analisis konformasi serta beberapa metode kimia komputasi lain yang
memprediksikan perilaku molekul. Model yang umum dikenal ada dua yaitu:
1. Model molekul dalam bentuk 'stick'
yang dibuat oleh Dreiding.
2. Model molekul berupa 'space filling'
yang dibuat oleh Corey, Pauling dan Koltun. Model ini sering disebut sebagai
model CPK.
KANAL
Salahsatu
ciri zeolit yang membedakannya dengan katalis lain adalah mineral dengan
kerangka berpori dan memiliki kanal di dalam strukturnya. Untuk zeolit sebagai
katalis dan adsorben, dimensi dan likasi kanal merupakan hal yang penting.
Melalui kanal tersebut molekul-molekul reaktan berdifusi dan mengadakan reaksi.
Kana-kanal dalam struktur zeolit terbentuk berdasarkan pola rongga yang
simetri. Nentuk kanal dan ukuran diameter kanal ditentukan oleh bentuk dan
diameter rongga.
PEMODELAN MOLEKUL DASAR ZEOLIT
Pemodelan molekul dasar
zeolit Umumnya dilakukan melalui tahap-tahap sbb:
1. Pembuatan struktur molekul dari
struktur dasar satu unti sel yang merupakan gabungan dari sangkar-sangkar
penyusunnya secara manual.
2.
Model build pada struktur dilakukan tanpa
penambahan hidrogen.
3.
Optimisasi
geometri menggunakan metode yang MM
. Visualisasi struktur disimpan sebagai file.hin, sedangkan
hasil penelitiannya dalam file.log. Langkah ini bertujuan untuk mendapatkan
bentuk geometri yang stabil, ditunjukkan oleh harga energi potensial yang
minimum.
PEMODELAN DENGAN VARIASI Si/Al
Suatu tahap dalam
pemodelan struktur dasar zeolit yang berguna untuk mengetahui pegaruh
substitusi Al pada struktur zeolit adalah variasi Si/Al. Variasi Si/Al
dilakukan dengan mengganti atom Si dengan atom Al pada struktur kemudian
geometrinya dioptimisasi kembali dengan metode yang sama. Kajian tentang
variasi Si/Al akan memberikan informasi tentang perubahan ukuran diameter
rongga ataupun window
PEMODELAN DENGAN
PENAMBAHAN TEMPLATE ORGANIK
Umumnya penambahan
template organik dilakukan untuk memperbesar diameter rongga. Pemilihan jenis
dan ukuran template sangat penting disesuaikan
dengan window dimana template dapat masuk. Struktur dengan tambahan template
dioptimisasi geometrinya, selanjutnya pengukuran perubahan diameter rongga dan
window dapat dilakukan.
Sumber :
Dr.
Bambang Setiaji dan Stalis Norma Ethica, S.Si.
Pusat
Kimia Komputasi Indonesia Austria, FMIPA UGM Yogyakarta
