Metode Struktur Zeolit – Mekanika Quantum (Quantum Mechanics) dan Teknik Simulasi
Metode Struktur Elektronik didasarkan pada Mekanika Kuantum (Quantum Mechanics, selanjutnya QM akan mengacu pada metode ini), dan memerlukan perawatan elektronik untuk menyelesaikan persamaan Schrödinger dari suatu sistem. Untuk mencapai hal ini, beberapa pendekatan harus dilakukan, dan ukuran besar sistem zeolit umumnya melibatkan peningkatan penyederhanaan yang harus diasumsikan.
Metodologi Hartree-Fock
Saat ini, ada dua jenis metodologi yang berbeda dalam Kimia Kuantum, metode tradisional “ab initio”, yang meliputi metode Hartree-Fock (HF) dan pasca-HF untuk mempertimbangkan korelasi elektron, dan metode berdasarkan Density Functional Theory (DFT) , yang saat ini merupakan metode yang paling banyak digunakan untuk mempelajari zeolit, karena pengembangan fungsi korelasi pertukaran yang efisien dan biaya komputasi yang lebih rendah, memungkinkan studi sistem yang semakin besar.
Penjelasan singkat dan sangat sederhana dari metode ini akan diberikan di sini; untuk rincian metodologi ini, pembaca dirujuk ke buku dan ulasan khusus. Dalam metode HF, interaksi elektron-elektron diperlakukan dengan model elektron independen, di mana elektron bergerak dalam potensial rata-rata yang diciptakan oleh elektron lain.
Fungsi gelombang satu elektron, sesuai dengan orbital molekul, dinyatakan menggunakan potensial di mana interaksi elektron-elektron diturunkan dari interaksi elektrostatik dengan elektron lain yang terdistribusi dalam fungsi gelombang satu elektron lainnya.
Fungsi gelombang kemudian dideskripsikan sebagai produk (sebenarnya, sebagai determinan Slater untuk memastikan antisimetri fungsi gelombang) fungsi satu elektron (orbital). Himpunan orbital terbaik ditentukan oleh prinsip variasi, yaitu orbital yang memberikan energi paling rendah. Karena elektron lain dijelaskan oleh orbitalnya masing-masing, persamaan HF bergantung pada solusinya sendiri, dan karenanya harus diselesaikan secara iteratif.
Konsekuensi utama dari pendekatan ini adalah bahwa ada kemungkinan tertentu memiliki dua elektron pada posisi yang sama. Hal ini menyebabkan kesalahan yang dikenal sebagai energi korelasi. Teori HF hanya menjelaskan interaksi elektron-elektron rata-rata, dan akibatnya mengabaikan korelasi antar elektron.
Bukan ruang lingkup bab ini untuk memberikan deskripsi rinci tentang metodologi HF, tetapi hanya implikasinya pada studi bahan zeolit. Penerapan metode HF sangat dibatasi karena pengabaian korelasi elektron, meskipun telah ditemukan untuk memberikan struktur yang wajar tetapi tidak energi reaksi.
Ada beberapa metode pasca-HF yang menjelaskan korelasi elektron. Metode Coupled-Cluster (CC) didasarkan pada perluasan cluster dari fungsi gelombang, karena HF adalah fungsi gelombang determinan tunggal terbaik; biasanya, hanya eksitasi tunggal dan ganda (CCSD) yang dipertimbangkan, meskipun eksitasi rangkap tiga kadang-kadang juga disertakan, tetapi diperlakukan pada tingkat teori gangguan (CCSD(T)).
Metodologi ini hanya dapat diterapkan pada sistem yang sangat kecil (biasanya dengan orde 10 atom), dan oleh karena itu dilarang digunakan untuk zeolit. Namun, hasil yang diperoleh dengan metodologi andal ini untuk sistem kecil dapat digunakan untuk menilai keandalan metode Struktur Elektronik lainnya.
Teori gangguan Møller–Plesset adalah satu-satunya metode pasca-HF yang dapat diterapkan pada zeolit, dengan mempertimbangkan suku hingga orde kedua (MP2), meskipun metode ini biasanya melebih-lebihkan energi korelasi.
Singkatnya, metode HF tidak banyak digunakan dalam ilmu zeolit karena biaya tinggi, terkait dengan metode pasca-HF dan ukuran sistem zeolit yang besar. Meskipun demikian, metode HF dan pasca-HF masih merupakan metode pilihan untuk mendapatkan informasi yang akurat tentang sistem non-periodik.
Metode kimia dengan menggunakan kuantum semi-empiris, (dengan dasar Hartree-Fock), dapat memperoleh parameter dari sebuah data empiris. Mereka penting dalam kimia komputasi untuk menangani molekul besar di mana metode Hartree-Fock penuh tanpa pendekatan terlalu mahal; perhitungan semi-empiris jauh lebih cepat daripada rekan-rekan ab initio mereka.
Penggunaan parameter empiris memungkinkan beberapa penyertaan efek korelasi elektron ke dalam metode. Aplikasi mereka, bagaimanapun, terbatas pada sistem yang parameter ini ada.
Metode Density Functional Theory
Dalam metode DFT, sifat-sifat sistem banyak elektron ditentukan dengan menggunakan fungsi, yaitu entitas matematika yang mengaitkan suatu bilangan dengan suatu fungsi, yang dalam hal ini adalah kerapatan elektron yang bergantung pada koordinat spasial (hanya tiga koordinat), sehingga mereduksi masalah banyak benda elektron N dengan koordinat 3N menjadi 3 koordinat (koordinat x, y dan z yang bergantung pada kerapatan elektron).
Hohenberg dan Kohn menunjukkan bahwa energi keadaan dasar dan sifat-sifat lain dari suatu sistem secara unik ditentukan oleh kerapatan elektron: terdapat korespondensi satu-satu antara kerapatan elektron suatu sistem dan energi. Metode DFT didasarkan pada orbital satu elektron (yang disebut orbital Kohn-Sham) untuk mewakili kerapatan, dan pada penerapan prinsip variasi.
Dalam DFT, masalah banyak tubuh dari elektron yang berinteraksi dalam potensial eksternal direduksi menjadi masalah elektron yang tidak berinteraksi yang bergerak dalam potensial efektif yang menghasilkan kerapatan yang sama dengan sistem partikel yang berinteraksi.
Potensi efektif mencakup potensi eksternal dan efek interaksi Coulomb antara elektron, interaksi pertukaran dan korelasi. Pemodelan dua interaksi terakhir menjadi masalah utama dalam DFT, karena bentuk fungsi pertukaran-korelasi tidak diketahui dan harus didekati.
Ada sejumlah fungsi korelasi-pertukaran dalam literatur; yang paling umum digunakan adalah yang didasarkan pada Local Density Approximation (LDA), yang merupakan pendekatan paling sederhana di mana fungsi korelasi pertukaran hanya bergantung pada kerapatan elektron, General Gradient Approximation (GGA), di mana pertukaran-korelasi juga bergantung pada gradien kerapatan elektron, dan fungsi Hibrid bahwa, selain bergantung pada kerapatan elektron dan gradiennya, mereka sebagian memperkenalkan pertukaran eksak yang dihitung dengan perlakuan HF dari orbital.
Perhitungan DFT secara khusus kurang menuntut daripada metode ab initio tradisional dalam hal sumber daya komputasi, dan sistem yang jauh lebih besar, seperti zeolit, dapat dipelajari secara rutin dengan biaya komputasi yang relatif rendah dengan keandalan yang wajar; maka DFT adalah Metode Struktur Elektronik utama yang saat ini diterapkan pada studi sistem zeolit.
Salah satu alasan utama mengapa DFT begitu banyak digunakan dalam studi sistem periodik adalah kemungkinan untuk menerapkan metode yang efisien untuk menyelesaikan persamaan yang menggunakan gelombang bidang. Namun, terlepas dari keuntungan penting ini, kita harus menyadari beberapa keterbatasan formulasi DFT.
Misalnya, metode DFT memberikan deskripsi yang salah tentang efek interaksi dispersi. Hal ini sangat penting ketika mempelajari interaksi antara spesies tamu dan inang zeolit. Namun demikian, ada pendekatan untuk mengatasi keterbatasan ini, seperti dimasukkannya istilah dispersi jarak jauh parametrized dalam metode DFT.
Keterbatasan penting lainnya dari DFT adalah meremehkan celah pita (biasanya memberikan nilai celah pita yang 50% lebih rendah dari nilai eksperimental).
Teknik Simulasi EM, MD, MC
Ada beberapa prosedur simulasi yang dapat diterapkan dengan salah satu metode yang dijelaskan di atas, yaitu dengan Mekanika Molekuler atau Metode Struktur Elektronik. Ini termasuk simulasi Minimisasi Energi (EM), Dinamika Molekuler (MD) dan Monte-Carlo (MC).
Minimisasi Energi (EM) Juga dikenal sebagai Optimasi Geometri,
Prosedur Energy Minimization (EM) digunakan untuk menghitung konfigurasi kesetimbangan suatu sistem. Keadaan konfigurasi yang stabil dari suatu sistem sesuai dengan minima di permukaan energi potensial (PES) (Gambar 2). Mulai dari geometri non-kesetimbangan, prosedur EM memvariasikan parameter struktural untuk memindahkan atom sehingga mengurangi gaya total pada atom hingga menjadi diabaikan.
Menurut definisi, EM tidak termasuk pengaruh suhu. Lintasan atom selama prosedur minimisasi tidak masuk akal secara fisik, yaitu seseorang hanya dapat memperoleh status akhir sistem yang sesuai dengan minimum lokal pada PES.
Dinamika Molekuler
Terlepas dari kemajuan besar dalam teknik karakterisasi fisika-kimia, sangat sulit untuk mendapatkan informasi yang bergantung pada waktu dari sistem kompleks dari studi eksperimental, terutama karena skala waktu singkat dari proses atom yang terjadi. Informasi dinamis eksplisit dapat diperoleh, bagaimanapun, dari simulasi Dinamika Molekuler (MD).
Teknik ini memecahkan, dengan prosedur numerik berulang, persamaan gerak Newtonian sistem sebagai fungsi dari gaya yang bekerja padanya, yang terakhir dihitung menggunakan potensial yang diberikan (dari metode MM atau Struktur Elektronik).
Simulasi Monte-Carlo
Simulasi Monte-Carlo (MC) didasarkan pada mekanika statistik dan terdiri dari menghasilkan satu set perwakilan konfigurasi sistem dari mana properti rata-rata kemudian dapat dihitung. Mulai dari konfigurasi awal, simulasi berlanjut melalui pembuatan konfigurasi baru melalui gerakan acak (translasi atau rotasi) partikel sistem (karenanya diberi nama Monte-Carlo, dengan sifat acak metode yang mengacu pada Monte-Carlo). Kasino Carlo).
Setiap konfigurasi baru kemudian dapat diterima atau ditolak menurut probabilitas tertentu, umumnya menggunakan algoritma Metropolis, yang bobot probabilitas penerimaan menurut distribusi Boltzmann diperoleh dengan menggunakan perubahan energi yang disebabkan oleh konfigurasi baru.
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