Metode Mekanika Molekuler dalam Kimia Zeolit
Selama beberapa tahun terakhir, pengetahuan tentang bahan zeolit telah ditingkatkan dengan pengembangan dan penerapan teknik karakterisasi fisiko-kimia canggih yang ditujukan untuk memahami sintesis, struktur dan aplikasi bahan-bahan ini, termasuk Difraksi Sinar-X resolusi tinggi, -Sudut Resonansi Magnetik Nuklir Solid State dan Mikroskop Elektron Resolusi Tinggi.
Tujuan Pengembangan Zeolit
Selain itu, strategi sintetik baru, terutama penggunaan zat pengarah struktur yang semakin kompleks (SDA) dan/atau pelarut selain air seperti cairan ionik, telah memungkinkan ditemukannya sejumlah besar struktur zeolit baru. .
Salah satu tujuan utama dalam ilmu zeolit adalah pengembangan pemahaman rinci tentang struktur dan proses yang terjadi dalam sistem zeolit pada skala atom. Meskipun teknik karakterisasi canggih seperti itu telah membawa dampak besar pada pengetahuan itu, ada beberapa keterbatasan yang tidak dapat mereka atasi.
Misalnya, pengetahuan tentang lokasi molekul tamu (menjadi molekul SDA atau sorbat lainnya) dalam struktur zeolit biasanya sulit diperoleh secara eksperimental karena memerlukan urutan tinggi molekul tamu dalam sistem zeolit dan kristal berkualitas baik; lokasi dopan dalam jaringan zeolit juga sulit dipelajari dengan teknik eksperimental karena daya hamburan yang sangat mirip dari Si dan atom dopan (umumnya Al).
Selain itu, karena sifat teknik difraksi jarak jauh, solusi eksperimental struktur memberikan struktur model "rata-rata", tetapi tidak dapat memberikan informasi rinci atom tentang cacat jarak pendek seperti dopan atau cacat konektivitas.
Di sisi lain, ada banyak informasi energik menarik yang tidak dapat diperoleh (atau sangat sulit) secara langsung dengan teknik fisika-kimia, seperti difusivitas, energi interaksi antara molekul tamu dan inang zeolit, atau entalpi dan hambatan aktivasi dalam reaksi katalitik.
Selain itu, interpretasi rasional dari pengamatan eksperimental yang dikumpulkan kadang-kadang sulit untuk dicapai, yang dalam kasus-kasus mengarah pada desain eksperimen atas dasar "coba-coba". Informasi ini malah dapat diperoleh dari teknik simulasi komputasi, yang telah terbukti menjadi alat pelengkap penting untuk pemahaman ilmu zeolit.
Selama beberapa tahun terakhir, perkembangan pesat teori fisika-kimia, dikombinasikan dengan peningkatan besar dalam kekuatan komputer karena kemajuan teknologi, telah mengubah simulasi komputer menjadi bidang pengetahuan baru dalam sains yang bertujuan untuk menerapkan teori dasar untuk mempelajari sistem yang kompleks dalam cara yang efektif.
Ilmu komputasi telah menyediakan sejumlah besar alat pemodelan yang dapat membantu dalam interpretasi pengamatan eksperimental, dan oleh karena itu dapat memberikan panduan rasional dalam desain eksperimen baru, yang mengarah ke strategi penelitian yang jauh lebih efisien.
Untuk mencapai hal ini, kontak erat antara eksperimen dan studi teoretis harus ada, yang saling melengkapi. Simulasi komputasi bergantung pada sejumlah asumsi dan penyederhanaan yang harus divalidasi terhadap informasi eksperimental untuk mempercayai informasi yang mereka berikan.
Oleh karena itu, penggunaan model komputasi yang paling efektif adalah sebagai pelengkap studi eksperimental, meskipun dalam beberapa tahun terakhir metode pemodelan menjadi semakin prediktif.
Artikel ini dimaksudkan untuk memberikan gambaran umum tentang model dan metodologi komputasi yang paling banyak digunakan bagi pembaca yang tertarik dengan ilmu zeolit, tetapi tidak ahli dalam teknik pemodelan. Hanya informasi kualitatif tentang metode, model dan teknik yang akan disajikan, menghindari formulasi matematika yang rumit.
Tujuan utamanya adalah untuk membiasakan ilmuwan zeolit yang bukan ahli dalam kimia teoretis dengan metode dan informasi yang dapat diperoleh dari alat pemodelan ini dan untuk menghadapinya dengan keputusan utama yang harus ditangani saat menerapkan metode ini.
Pertama, jenis metode komputasi yang digunakan untuk mempelajari sistem zeolit akan disajikan, diikuti dengan teknik simulasi yang paling umum digunakan untuk mempelajari masalah yang berbeda.
Kemudian model yang tersedia untuk menggambarkan sistem zeolit akan dijelaskan, serta pilihan utama yang harus dihadapi ketika mempersiapkan studi komputasi. Akhirnya, beberapa aplikasi yang paling umum akan dikomentari secara singkat, dengan fokus terutama pada penggunaan Metode Mekanika Molekuler.
Metode Komputasi
Metode komputasi yang digunakan untuk mempelajari sistem kimia atau biologi, termasuk zeolit, dibagi dalam dua kategori utama:
i) metode yang tidak secara eksplisit mempertimbangkan elektron dalam sistem, yang didasarkan pada Mekanika Klasik, dan biasanya disebut sebagai Metode Mekanika Molekuler (MM), dan
ii) metode yang secara eksplisit mempertimbangkan elektron dalam sistem, yang didasarkan pada Mekanika Kuantum (QM), dan melibatkan solusi persamaan Schrödinger pada beberapa tingkat aproksimasi; metode ini biasanya disebut sebagai Metode Struktur Elektronik.
Metode Mekanika Molekul
Metode (selanjutnya metode ini akan dilambangkan sebagai MM), juga disebut sebagai metode potensial interatomik, didasarkan pada Mekanika Klasik. Asumsi utama dari metode ini diberikan oleh pendekatan Born-Oppenhaimer, yang memungkinkan untuk mengekspresikan energi potensial suatu sistem sebagai fungsi dari koordinat inti komponen yang sesuai dengan sistem.
Biasanya, Mekanika Molekul semua atom digunakan, di mana setiap atom disimulasikan sebagai partikel tunggal, dan diberi muatan bersih konstan, yang dapat diturunkan dengan metodologi yang berbeda, biasanya dari perhitungan Kimia Kuantum.
Metode ini didasarkan pada potensi interatomik, yang merupakan fungsi analitik parametris yang mewakili energi potensial suatu sistem sebagai fungsi koordinat inti komponennya (umumnya atom) –yaitu. dari ruang konfigurasi.
Dasar dari metode ini adalah bahwa ikatan memiliki panjang dan sudut ikatan optimum yang cenderung disesuaikan dengan semua sistem molekuler. Secara kasar, ini dapat dilihat seolah-olah atom dihubungkan oleh pegas dengan konfigurasi optimum yang sesuai dengan nilai kesetimbangan.
Representasi analitik dari energi potensial dikenal sebagai medan gaya, dan memberikan energi potensial suatu sistem dalam konformasi tertentu sebagai jumlah dari suku-suku individual yang menjelaskan parameter molekuler yang berbeda.
Medan gaya molekul tipikal mencakup suku intramolekul untuk panjang ikatan (suku dua benda, yaitu suku yang bergantung pada dua atom) dan sudut ikatan (suku tiga benda), yang biasanya dimodelkan sebagai potensial harmonik yang berpusat di sekitar nilai kesetimbangan, sudut puntir (empat -istilah tubuh), biasanya fungsi kosinus, dan istilah intra/antarmolekul untuk menjelaskan interaksi non-ikatan, termasuk Van der Waals, yang dimodelkan secara tipikal menggunakan potensi Lennard-Jones 6-12, yang berarti bahwa gaya tarik-menarik jatuh dengan jarak sebagai r-6 dan gaya tolak sebagai r-12.
Akhirnya, interaksi elektrostatik intra/antarmolekul dimodelkan oleh energi Coulomb. Oleh karena itu, fungsi energi potensial dinyatakan sebagai jumlah dari semua istilah yang dihitung untuk semua kemungkinan kombinasi atom
Sistem Ionik Zeolit
Ikatan pada bahan zeolit memiliki sifat peralihan antara kovalen dan ionik. Memang, ionisitas dapat bervariasi sebagai fungsi atom tetrahedral yang sesuai dengan jaringan; misalnya, ikatan pada zeolit all-silika memiliki sifat kovalen yang lebih kuat, sedangkan ikatan pada jaringan aluminofosfat lebih baik dijelaskan dalam bentuk ikatan ionik Al3+ dan PO43-.
Namun, secara umum diterima untuk memodelkan semua sistem zeolit ini dengan model ionik (model Lahir), di mana efek kovalen dimasukkan sebagai bagian dari interaksi jarak pendek. Ketika memodelkan sistem ionik sebagai zeolit, umumnya diperlukan untuk memasukkan istilah untuk menjelaskan polarisasi ion, terutama untuk anion.
Model yang paling banyak digunakan untuk menggambarkan polarisasi diwakili oleh model shell, yang memodelkan ion terpolarisasi dalam hal inti, yang berisi semua massa ion dengan muatan tertentu, dihubungkan oleh konstanta pegas ke kulit (shell) tak bermassa yang mewakili elektron kulit valensi terpolarisasi, dengan muatan yang berbeda; muatan yang berbeda dari inti dan kulit melibatkan jarak antara kedua entitas, yang ditentukan oleh konstanta pegas, menggambarkan perkembangan dipol. Interaksi jarak pendek biasanya diperlukan untuk bertindak dengan cangkang untuk deskripsi model yang baik.
Kesimpulan
Seperti disebutkan sebelumnya, Metode Mekanika Molekuler didasarkan pada apa yang disebut medan gaya, yang mencakup bentuk dan pustaka parameter fungsi analitik yang menggambarkan energi potensial suatu sistem. Medan gaya mendefinisikan seperangkat parameter untuk setiap jenis atom, tidak hanya bergantung pada jenis unsur tetapi juga pada sifat kimianya.
Misalnya, medan gaya akan mencakup parameter yang berbeda untuk atom oksigen dalam gugus karbonil (dengan karakteristik panjang ikatan dan sudut ikatan rangkap) atau dalam gugus hidroksil (dengan ikatan tunggal); jenis atom yang berbeda ini didefinisikan sebagai jenis medan gaya. Parameter variabel dalam medan gaya meliputi panjang dan sudut ikatan kesetimbangan dan sudut dihedral, konstanta gaya, konstanta tolakan dan tarik-menarik, dll.
Parameter ini dapat ditentukan baik dengan metode pemasangan empiris, di mana nilai parameter divariasikan secara sistematis melalui prosedur pemasangan kuadrat terkecil untuk mereproduksi data eksperimen yang tersedia; sebagai alternatif, metode Quantum-Chemistry (dibahas di artikel lain) juga dapat digunakan untuk menghitung interaksi antara spesies dan parameter yang ditetapkan untuk mereproduksi interaksi ini.
Sejumlah besar medan gaya yang berbeda saat ini tersedia untuk mempelajari berbagai jenis sistem, termasuk sistem organik, biologis atau anorganik. Namun, set parameter dan bentuk fungsional dari energi potensial didefinisikan sebagai konsisten-diri dalam medan gaya tertentu.
Oleh karena itu, karena bentuk fungsional dari suku potensial sangat bervariasi pada medan gaya yang berbeda, parameter dari satu medan gaya pada prinsipnya tidak boleh ditransfer ke yang lain. Faktanya, sangat sering medan gaya diparametrikan untuk secara spesifik memodelkan secara akurat jenis sistem tertentu, misalnya protein atau zeolit.
Distributor Zeolit Untuk Berbagai Aplikasi dan Industri
Jika Anda adalah perusahaan yang membutuhkan zeolit untuk pengolahan berbagai produk Anda, kami siap membantu. Ady Water jual zeolit untuk filter air jenis batu, pasir, dan tepung. Kemasan zeolit per karung 20 kilogram dan eceran 4 kilogram.
Kami juga sudah suplai zeolit ke industri food and beverage, berbagai BUMN, kebutuhan softener (Pelunak Air / Pengurang Kesadahan Air) rumah tangga. Semua produk kami ready stock. Selain itu, kami juga dapat memberikan suplai hingga puluhan ton secara rutin per bulan atau sesuai dengan kebutuhan Anda.
Untuk informasi lebih lanjut bisa hubungi kami di;
Pusat Zeolit Unggulan Ady Water Bandung
Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194
Zeolit Filtrasi Air Jakarta
Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830
Zeolit Untuk Air Bersih Jakarta Barat
Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480
Atau Anda juga bisa langsung kontak sales kami secara langsung baik via phone maupun WhatsApp:
• 0821 2742 4060 (Ghani)
• 0812 2165 4304 (Yanuar)
• 0821 2742 3050 (Rusmana)
• 0821 4000 2080 (Fajri)
• 0812 2445 1004 (Kartiko)
• 0812 1121 7411 (Andri)
Untuk Anda yang membutuhkan zeolit baik untuk kebutuhan pengolahan air rumah tangga maupun industri termasuk bagi Anda yang menjalankan bisnis pengolahan air, silahkan kontak kami segera.
Jika Anda memiliki pertanyaan seputar zeolit, silahkan kontak kami untuk diskusi lebih lanjut dan temukan produk zeolit sesuai kebutuhan. Kami di Ady Water menawarkan zeolit terbaik untuk berbagai aplikasi. Silahkan datang ke kantor kami atau kontak sales kami di nomor di atas. Terima kasih.
Tags :
Ady Water
ADY WATER
Konsultasi Gratis dengan para sales kami untuk menemukan solusi yang paling tepat untuk kebutuhan Bapak Ibu
- Ady Water
- Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194
- Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830
- Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480
- Kupang Panjaan I No.18, DR. Soetomo, Kec. Tegalsari, Kota SBY, Jawa Timur 60264
- 022 723 8019