Kimikako Nobel saria 2013, kimika kuantikoaren lorpen bat gehiago
Gaurko sarrerarekin gaurkotasunekoen atala inauguratuko dut, eta horretarako, zer hobeto duela gutxi eman zuten Nobel sari bat baino. Jakingo duzuen bezala, Suedia eta Norbegiako zenbait akademik arlo ezberdinetako Nobel sariak ematen dira, eta horietako hiru, hiru zientzia arlori dagozkie: fisika, kimika eta medikuntza. Gaurkoan, Kimikako Nobel Sarian zentratuko gara, hau baita niri hurbilena egiten zaidana. Denbora gehixeago daukadanean, Medikuntzako Nobel Sariaz informatzeko tartea hartzen saiatuko naizela hitz ematen dizuet. Eta fisikakoa? Bada, nire helburua hori ez bazen ere, François Englert eta Peter Higgsek jaso zuten Fisikako Nobel Sariari buruz, saria iritsi baino lehenago idatzi nuen Argia aldizkarian, zientzilari horiek beraiek duela hilabete batzuk jaso zuten Asturiasko Printzearen sariaren harira. Nahi baduzue, begiratu helbide honetan: http://www.argia.eus/argia-astekaria/2381/higgs-en-bosoia
Bada, aurtengo Kimikako Nobel saria Martin Karplus, Michael Levitt eta Arieh Warshel kimikariei eman diete, kimika konputazionalaren esparruan zenbait sistema ikertu ahal izateko garatu zituzten metodoengatik. Hau esanda, zenbaiti zalantza sortuko zitzaion agian: kimikariek ez al zuten laborategian pipeta eta probeta artean lan egiten? Noski, beste esparru askotan bezala, lorturiko emaitzekin lan egiteko ordenagailuak erabiliko dituztela pentsatuko du besteren batek… Baina ez da hori. Izan ere, azken mende erdian edo, laborategi mailan burutzen den kimika esperimentalarekin batera, laborategi bakartzat programa informatikoak dituen kimika konputazionala garatu da. Ikus dezagun modu xumean nola den hori posible, eta funtsean, zer den zientzilari hauek egin zutena.
Mekanika kuantikoaren sorrera:
XX. mendearen hasieran, ordura arte erabili ziren eta Newtonen legeek nahiz Maxwell-en elektromagnetismoaren ekuazioek zehazten zuten mekanika klasikoa, atomo mailako zenbait prozesu azaltzeko gai ez zela ikusi zen. Esaterako, fisika edo mekanika klasiko hark, ezin zituen espektro magnetikoak azaldu, atomo jakin batek kolore jakin bateko argia soilik xurgatu edo igortzea alegia. Era berean, fisika klasikoak ezin zuen atomoen egitura azaldu, karga negatiboa duten elektroiak nukleo positiboaren inguruan biraka mugitzea alegia. Izan ere, fisika klasikoaren arabera, karga elektriko bat mugitzean (elektroiak) energia bat igorri behar lukete uhin elektromagnetiko gisa, eta ondorioz, energia galdu ahala elektroiak nukleora erori behar lirateke. Hala, hori guztia azaltzeko, mekanika kuantikoa garatu zen.
Gaurkoan ere, beste bi blog irakurtzeko gonbita egin behar dizuet: Xabi Lopezen Función de J eta Txoni Matxainen Nola ikasi kimika kuantikoa izutu gabe. Bi blog horietan, kimika kuantikoa zer den ongi aski azaltzen da, eta gogoz gelditzen denak horietan nahi beste aurkituko du. Nik ordea, Kimikako Nobel saria zergatik jaso zuten modu xumean azaltzen saiatzen jarraituko dut.
Baina honetan guztian non sartzen da kimika konputazionala edo kimika kuantikoa? Bada, kimika kuantikoa mekanika kuantikoaren printzipio eta legeak aplikatuz, sistema kimikoak ikertzean datza. Honetan ordea, arazo nagusi bat aipatu behar da: mekanika kuantikoaren ekuazio nagusia den schrodingerren ekuazioak, orokorrean ez dauka soluzio zehatzik, eta hurbilketa mota ezberdinak aplikatu behar izaten dira. Hala, kimika kuantikoaren esparru batek, ordenagailuz sistema kimikoak ikertu ahal izateko hurbilketak garatzen ditu. Honetan, bizitzako beste hainbat esparrutan bezala, hurbilketa findu ahala, gastu konputazionala haunditu egiten da, eta beraz, emaitzen kalitatearen eta gastu konputazionalaren arteko oreka bat bilatu behar izaten da.
Hala, sistema kimikorik sinpleenetan, atomo gutxi eta txikiak (elektroi gutxi dituztenak) ditugunean, posible da hurbilketa metodo garatuenak erabiltzea. Aldiz, sistema kimiko haundiagoak ikertzeko, hurbilketaren zehaztasuna jaitsi egin behar izaten da, bestela ordenagailuz egin beharreko kalkuluak izugarri garestiak (oso oso luzeak) izango bailirateke.
Eredu multieskalarrak:
Hurbilketa maila hain zehatzak erabiltzea ezinezkoa den kasu bat, sistema biokimikoen azterketa izaten da. Izan ere, gure gorputzean ditugun proteina eta bestelako biomolekulek, milaka atomo izan ditzakete, eta horiek guztiak metodo kuantiko zehatzekin aztertzea pentsaezina da.
Sistema biokimiko hauen artean, proteina baten puntu jakin batekin beste konposatu batek eragiten duen erreakzioak, edo proteina baten eta zelulan dagoen hartzaile jakin baten arteko elkarrekintza aipa genitzake. Kasu horietan, erreakzioa proteinaren puntu jakin batean gertatzen da, atomo jakin batzuen inguruan, eta beraz, horiek zehaztasunez kalkulatzea beharrezkoa da. Aldiz, proteinaren gainontzeko atomoek ez dute hainbesteko garrantzirik, eta kasu horietan, ez luke zentzurik izango hain metodo zehatzak erabiltzeak.
Aurtengo Kimikako Nobel saria jaso duten zientzilariek,era horretako metodoak garatu zituzten, hau da, sistemaren puntu jakin bat metodo garatuekin deskribatzen den bitartean, gainontzekoa metodo malguagoekin deskribatzeko modua jorratu, eta horretarako programak garatu zituzten. Gaur egun, kasu askotan era honetako kalkuluak egiten dira, eta beraz, beren lanak gaur egungo ikerketa askotarako lan tresna ahalbidetu zuela esan genezake. Era honetan, erreakzio kimikoan modu zuzenean parte hartzen duten atomoak metodo kuantiko onak erabiliz aztertzen dira, eta besteentzat, askoz ere gastu konputazional txikiagoa suposatzen duen mekanika klasikoa erabiltzen da.
Kimika teoriko eta Konputazionalaren garrantzia:
Historian zehar, beste zenbait kasutan ere Kimikako Nobel saria kimiko teorikoei eman zaie. Funtsean, kimika teoriko edo konputazionalak geroz eta garrantzi haundiagoa duela esan daiteke.
Izan ere, kimika teorikoaren bidez esperimentalki burutu ezin diren ikerketa asko egin daitezke. Esate baterako,esperimentalki ezinezkoa da erreakzio batean zehar, erreaktiboen eta produktuen artean sortzen diren erdibideko egitura guztiak aurkitzea, oso azkar sortu eta desagertzen baitira (segundua baino biloi bat gutxiago iraun dezakete). Kimika konputazionalarekin aldiz, erreakzio bat pausoz pauso nola gertatzen den jakin daiteke.
Era berean, kimika teorikoak ez ditu erreaktibo kimiko eta laborategiko bestelako materialik behar izaten. Jasangarritasunaren ikuspegitik, hau abantaila aipagarria dela esan daiteke, kimikako ikerketa esperimentaletan oso kutsakorrak izan daitezkeen konposatu asko erabiltzen baitira.
Beraz, kimika kuantikoa edo kimika teoriko eta konputazionala, kimika ikusteko beste modu bat dela esan daiteke. Alegia, sistema kimikoak laborategian behaketa esperimentalak eginez, edo beren elektroiek betetzen dituzten printzipio eta ekuazioak ebatziz azter daitezke. Noski, bigarren kasu honetan beharrezkoa da erreferentziazko datu esperimental batzuk eskura izatea, erabilitako hurbilketa metodoa egokia den ala ez jakiteko.
Gaurkoz, honekin aski. Sarrera hau idazten ari nintzen bitartean, beste gai posible batzuk bururatu zaizkit, kalkulu hauek egiteko erabiltzen diren superkonputagailuak adibidez. Tira, hori berri hona da, datozen sarreretarako gai posibleak badauzkadala erakusten baitu. Baina gero gerokoak!
Iruzkinik ez
Trackbacks/Pingbacks