BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Ion logam memiliki peranan penting dalam proses kimia dan biologi. Oleh

karena itu, kajian mengenai reaktivitas ion logam di dalam suatu larutan merupakan

hal penting yang harus dilakukan untuk memahami proses kimia dan biologi yang

terjadi pada fasa cair (Badyal dkk., 2004). Interaksi antara ion logam dengan pelarut

(ligan) akan mempengaruhi proses reaksi yang berlangsung dan mengakibatkan

perubahan struktur dan dinamika sistem.

Ion Ca2+ merupakan golongan alkali tanah yang kelimpahannya kelima

terbanyak di kerak bumi. Interaksi ion tersebut dengan pelarut berhubungan dengan

fungsinya dalam proses kimia dan biologi. Kalsium dalam senyawa calcium-graphite

intercalation (Ca-GIC) dapat meningkatkan kinerja senyawa tersebut sebagai

absorben gas (Srinivas dkk., 2010). Selain itu, ion Ca2+ memiliki peranan penting

dalam proses koagulasi, apoptosis, eksositosis dan pemodelan sitoskeleton (Naor

dkk., 2003). Interaksi ion Ca2+ dengan protein dalam proses tersebut merupakan

faktor penting dalam mempelajari struktur dan dinamika. Dinamika interaksi ion Ca2+

dengan atom N dalam protein menjadi penting dikaji untuk mengetahui reaktivitas

ion Ca2+. Informasi tersebut dapat diperoleh dengan mempelajari model simulasi

solvasi ion Ca2+ dalam amoniak cair.

Reaktivitas ion logam dalam larutan dapat dipelajari menggunakan teknik

eksperimen dan teoretikal (simulasi komputer). Teknik eksperimen yang telah

dilakukan untuk mempelajari solvasi ion Ca2+ dalam amoniak cair adalah XRD

(Westman dkk., 1981), ND (Wasse dkk., 2004), NS (Damay dkk., 1990) dan INS

(Dreele dkk., 1979). Teknik eksperimen menghasilkan bilangan koordinasi yang

beragam yaitu dalam rentang 6-8. Data tersebut mendekati data yang dihasilkan

menggunakan simulasi komputer, yaitu metode simulasi dinamika molekuler klasik

(Sidhisoradej dkk., 1998) dan MK/MM (Kerdcharoen dan Morokuma, 2003). Metode

simulasi dinamika molekuler tersebut hanya memberikan informasi mengenai kulit

solvasi pertama dan akurasi hasil simulasi sangat ditentukan oleh fungsi potensial

yang digunakan. Penyusunan fungsi potensial sangat sulit untuk dilakukan dan

1

2

membutuhkan waktu yang cukup lama. Oleh karena itu, dibutuhkan sebuah metode

yang dapat mendeskripsikan struktur dan dinamika ion Ca2+ dalam amoniak cair

dalam kulit solvasi pertama dan kedua secara mendetail. Simulasi dinamika

molekuler tersebut dikenal dengan nama DM-QMCF.

Simulasi DM-QMCF merupakan pengembangan dari metode MK/MM yang

membagi menjadi dua daerah perhitungan, yaitu daerah mekanika kuantum (MK) dan

mekanika molekuler (MM). Simulasi DM-QMCF memiliki daerah MK yang lebih

panjang daripada MK/MM yaitu sebesar 6,5 Å, sehingga interaksi non Coulomb

dapat diabaikan. Hal ini menyebabkan penyusunan fungsi potensial ion-pelarut tidak

diperlukan. Metode simulasi DM-QMCF telah dibuktikan kualitas dan akurasinya

oleh penelitian terdahulu mengenai solvasi hampir seluruh ion di tabel periodik

(Canaval dkk., 2013).

Berdasarkan penjelasan di atas kajian mengenai solvasi ion Ca2+ dalam

amoniak cair perlu dilakukan. Teknik eksperimen yang dilakukan sebelumnya

memberikan hasil bilangan koordinasi yang berbeda-beda mulai dari 6-8, dan

memiliki keterbatasan deteksi pergerakan molekul-molekul dalam sistem cairan.

Keterbatasan yang terdapat pada teknik eksperimen dapat diselesaikan melalui

simulasi komputer, karena dapat mengakses sifat dinamika sampai pergerakan

molekul daerah femtodetik. Reaktivitas ion Ca2+ dalam amoniak cair dapat dipelajari

dengan menganalisis hasil simulasi DM-QMCF yaitu analisis struktur dan dinamika

seperti fungsi distribusi radial, distribusi bilangan koordinasi, fungsi distribusi

angular, waktu tinggal ligan rata-rata dan frekuensi vibrasi ulur ion Ca2+-N.

I.2 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk mempelajari reaktivitas ion Ca2+ dalam

amoniak cair menggunakan metode simulasi DM-QMCF. Informasi mengenai

reaktivitas dapat diperoleh dengan:

1. Mempelajari struktur solvasi ion Ca2+ dalam amoniak cair pada kulit solvasi

pertama yaitu menggunakan analisis fungsi distribusi radial, bilangan

koordinasi dan sudut ikatan N-Ca2+ -N.

2. Mempelajari dinamika solvasi ion Ca2+ dalam amoniak cair menggunakan

analisis waktu tinggal rata-rata ligan di kulit solvasi pertama dan kedua serta

frekuensi vibrasi ikatan ion Ca2+-N.

3

I.3 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian ini adalah memberikan informasi mengenai reaktivitas ion

Ca2+ dalam amoniak cair menggunakan simulasi DM-QMCF untuk melengkapi data

yang belum dapat diperoleh secara eksperimental seperti dinamika atau pergerakan

molekul-molekul sampai daerah femtodetik.