SOLVASI PREFERENSIAL DAN SIFAT DINAMIKA ION Cu+ DALAM LARUTAN AMONIAK 18,6% : STUDI SIMULASI DINAMIKA MOLEKULER AB INITIO QUANTUM MECHANICAL CHARGE FIELD (QMCF)

WAHYU DITA SAPUTRI, Dr. rer.nat. Ria Armunanto, M.Si. ; Prof. Dr. rer.nat. Karna Wijaya, M.Eng.

2016 | Tesis |

Solvasi preferensial dan sifat dinamika ion Cu+ telah dipelajari menggunakan metode simulasi dinamika molekuler QMCF (DM-QMCF). Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari sifat dinamika dan solvasi preferensial ion Cu+ terhadap ligan NH3 dan H2O dalam larutan amoniak 18,6%. Metode DM-QMCF membagi dua daerah simulasi, yaitu daerah mekanika kuantum (MK) dan mekanika molekuler (MM). Daerah MK diperpanjang dan dibagi menjadi daerah inti (core) dan daerah layer. Metode perhitungan pada tingkat Hartree-Fock (HF) digunakan pada daerah MK, dengan himpunan basis yang digunakan yaitu LANL2DZ-ECP untuk ion Cu+ dan DZP-Dunning untuk ligan NH3 dan H2O. Validasi metode HF/LANL2DZ-ECP dan DZP-Dunning dilakukan dengan menghitung nilai basis set superposition error (BSSE). Sistem kotak simulasi diekuilibrasi pada suhu 298,15 K selama 4 ps. Pengambilan data dilakukan setelah proses ekulibrasi setiap 5 tahapan selama 12 ps. Data trajektori dianalisis lebih lanjut untuk mempelajari solvasi preferensial dan sifat dinamika ion Cu+ dalam larutan amoniak 18,6% Hasil analisis trajektori menunjukkan bahwa preferensial ligan NH3 lebih tinggi dibandingkan H2O di kulit solvasi pertama. Hal ini ditandai dengan adanya dominasi 4 ligan NH3 dan membentuk kompleks stabil [Cu(NH3)4]+ dengan bentuk geometri tetrahedral. Analisis fungsi distribusi radial menunjukkan probabilitas tertinggi menemukan molekul NH3 berada pada jarak 2,19 Angstrom. Hasil analisis solvasi preferensial ion Cu+ di kulit solvasi pertama ini menunjukkan kedekatan data dengan hasil eksperimen. Berbeda dengan NH3, ligan H2O tidak ditemukan di kulit solvasi pertama. Ligan H2O hanya ditemukan di kulit solvasi kedua dengan jumlah yang besar dan sifat labilitasnya tinggi. Waktu tinggal rata-rata (MRT) ligan H2O dan NH3 di kulit solvasi kedua adalah masing-masing sebesar 3,13 ps dan 2,57 ps. Data MRT ini menunjukkan bahwa terdapat proses pertukaran ligan dalam waktu yang sangat cepat.

Preferential solvation and dynamical properties of Cu+ ion have been studied using quantum mechanical charge field molecular dynamics (QMCF-MD) simulation. This study aimed to gain insight into preferential solvation of Cu+ ion to the NH3 and H2O ligand in a 18.6% aqueous ammonia solution.The QMCF-MD method divides the system into two regions, which were quanum mechanics (QM) and molecular mechanics (MM) region. QM region was extended and devided into core and layer region. Hartree-Fock (HF) level was performed in QM region with LANL2DZ-ECP basis set for Cu+ ion and DZP-Dunning for NH3 and H2O molecule. Ab initio HF/LANL2DZ-ECP and DZP-Dunning were validated by calculating basis set superposition error (BSSE) with MP2 level of theory calculation. Simulation system was equilibrated at 298,15 K for 4 ps. Sampling data was collected every fifth step during simulation time of 12 ps. Simulation trajectories were analyzed further to investigate preferential solvation and dynamical properties of Cu+ ion in 18,6% aqueous ammonia solution. The trajectory analysis showed the preferential of NH3 ligand was higher than H2O ligand in the first solvation shell. Four NH3 molecules dominated and formed [Cu(NH3)4]+ complex with tetrahedral geometry. The radial distribution function showed the maximum probability of the Cu+-NH3 bond length at 2,19 Angstrom in the first solvation shell. It was different with preferential of H2O molecule, H2O ligand was not present in the first solvation shell. The large number of H2O ligand occupied in the second solvation shell and having high lability. Mean residence time of H2O and NH3 ligand in the second solvation shell were 3,13 ps and 2,57 ps respectively indicating for high intensity of ligand exchange processes.

Kata Kunci : larutan amoniak 18,6%, ion Cu+, DM-QMCF, preferensial / 18,6% ammonia solution, Cu+ ion, QMCF-MD, preferential