Kajian Struktur dan Dinamika Hidrasi Ion Np4+ Menggunakan Simulasi Dinamika Molekuler HF-DKH2/MM

Shaffa Dalih Zulihasmi, Drs. Iqmal Tahir, M.Si.; Dr.rer.nat. Niko Prasetyo, S.Si., M.Sc.

2026 | Skripsi | KIMIA

Penelitian struktur dan dinamika hidrasi ion Np4+ menggunakan simulasi dinamika molekuler MM dan HF-DKH2/MM telah dilakukan. Penelitian ini bertujuan mengkaji struktur dan dinamika hidrasi ion Np4+ serta membandingkan kemampuan kedua metode simulasi dalam merepresentasikan sifat hidrasi ion Np4+. Analisis trajektori dilakukan melalui analisis fungsi distribusi radial, distribusi bilangan koordinasi, fungsi distribusi sudut, local density corrected three-body distribution function, muatan parsial Mulliken, waktu tinggal rata-rata ligan, dan vibrasi ulur.

Simulasi dinamika molekuler HF-DKH2/MM menggunakan metode ab initio Hartree-Fock. Himpunan basis relativistik SARC-DKH-TZVP diberlakukan untuk Np4+ dan 6-31G* untuk H2O. Koreksi efek relativistik untuk ion Np4+ dihitung menggunakan metode DKH2. Ekuilibrasi sistem dilakukan selama 10 ps kemudian dilanjutkan dengan sampling data selama 800 ps untuk simulasi dinamika molekuler MM dan 22 ps untuk HF-DKH2/MM. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ion Np4+ membentuk tiga kulit hidrasi pada kedua metode. Kulit hidrasi pertama simulasi HF-DKH2/MM menunjukkan sifat rigid dengan bilangan koordinasi 9, yang membentuk kompleks stabil [Np(H2O)9]4+ bergeometri Gyroelongated Square Antiprism dengan sudut ikatan sebesar 70,43° dan 136,57° pada jarak 2,45 Å. Kulit pertama simulasi dinamika molekuler MM menunjukkan sifat yang rigid, menghasilkan bilangan koordinasi 12 dengan sudut ikatan sebesar 63,42°, 116,35°, dan 176,52° pada jarak Np4+–O sebesar 2,65 Å, dan geometri yang tidak teridentifikasi. Kulit hidrasi kedua dan ketiga kedua metode bersifat labil ditandai dengan MRT yang menurun dari 100,75 ps menjadi 3,77 ps pada simulasi dinamika molekuler HF-DKH2/MM dan dari 8,57 ps menjadi 3,24 ps pada simulasi dinamika molekuler MM. 

A study of the structure and hydration dynamics of the Np4+ ion using MM and HF-DKH2/MM molecular dynamics simulations has been conducted. This study aims to examine the structure and hydration dynamics of the Np4+ ion and to compare the ability of the two simulation methods to represent the hydration properties of the Np4+ ion. Trajectory analysis was performed using the radial distribution function, coordination number distribution, angular distribution function, local density-corrected three-body distribution function, Mulliken partial charges, average ligand residence time, and stretching vibrations.

Molecular dynamics simulations of HF-DKH2/MM were performed using the ab initio Hartree-Fock method. The relativistic SARC-DKH-TZVP basis set was applied for Np4+ and the 6-31G* basis set for H2O. Relativistic corrections for the Np4+ ion were calculated using the DKH2 method. The system was equilibrated for 10 ps, followed by data sampling for 800 ps for the MM molecular dynamics simulation and 22 ps for the HF-DKH2/MM simulation. The results show that the Np4+ ion forms three hydration shells in both methods. The first hydration shell in the HF-DKH2/MM simulation exhibits rigid behavior with a coordination number of 9, forming a stable [Np(H2O)9]4+ complex with a gyroelongated square antiprism geometry, featuring bond angles of 70.43° and 136.57° at a distance of 2.45 Å. The first layer in the MM molecular dynamics simulation exhibits rigid behavior, resulting in a coordination number of 12 with bond angles of 63.42°, 116.35°, and 176.52° at a Np4+–O distance of 2.65 Å, and an unidentified geometry. The second and third hydration shells for both methods were unstable, as indicated by a decrease in MRT from 100.75 ps to 3.77 ps in the HF-DKH2/MM molecular dynamics simulation and from 8.57 ps to 3.24 ps in the MM molecular dynamics simulation. 

Kata Kunci : Dinamika molekuler, HF-DKH2/MM, hidrasi, Np4+, mekanika molekuler