¿Qué es la química computacional?

La química computacional utiliza matemáticas y computadoras para resolver problemas químicos. Al utilizar software de computadora, los químicos pueden simular resultados experimentales y encontrar propiedades de sustancias. El campo de la química computacional ayuda a explorar cosas que de otro modo serían difíciles o costosas de encontrar debido a la naturaleza diminuta de las moléculas, los átomos y las nanopartículas. Gran parte del campo se basa en la ecuación de Schrodinger, que modela átomos y moléculas usando las matemáticas. La mecánica ab initio, semi-empírica y molecular son métodos de química computacional que a menudo se utilizan para analizar estructuras moleculares.

El proceso de química computacional comienza observando una teoría, como la teoría de la estructura electrónica. Esto ayuda a determinar el movimiento de los electrones dentro de una molécula. En este punto, usando ecuaciones matemáticas, se puede determinar un conjunto base basado en los cálculos. Esta información se puede ingresar al software de la computadora para describir cosas como la función de onda, que se puede utilizar para crear modelos de otras características físicas de la molécula. Los químicos pueden ver un modelo de los orbitales de la molécula, comenzar a predecir estructuras experimentales y observar la energía de la molécula.

El uso de ab initio permite a los químicos observar las propiedades físicas de una sustancia y usar la ecuación de Schrodinger para descubrir las características físicas de las moléculas. Esto incluye cosas como la geometría de las moléculas, el momento dipolar y la energía de una reacción. Las frecuencias vibratorias, la velocidad de reacción y la energía libre también se pueden encontrar usando ab initio. Dado que estas características físicas son extremadamente difíciles de resolver, es necesario que los químicos computacionales las simplifiquen lo suficiente como para que las características físicas puedan ser encontradas y aún ser precisas.

La mecánica molecular es un método de química computacional utilizado en experimentos y aplicaciones de bioquímica. Este método puede usarse para estructuras más grandes, como enzimas, y se basa en la física tradicional, pero no puede calcular las propiedades electrónicas de las sustancias. El campo de la química computacional cambia constantemente a medida que avanza la tecnología y se desarrollan nuevas teorías.

Estas técnicas permiten a los químicos examinar estructuras que de otro modo serían casi imposibles de ver, debido a su tamaño extremadamente pequeño. Las nanopartículas, que son más pequeñas que los átomos, pueden modelarse para su uso en aplicaciones como electrónica, explosivos y medicamentos. Dado que gran parte de la química computacional se basa en el modelado de propiedades conocidas, hay margen de error en estos experimentos. Esta es la razón por la cual se necesita capacitación y conocimientos avanzados en química e investigación para trabajar en química computacional.