Premio Nobel de Química 1998 Química del laboratorio al ordenador

1998/12/01 Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Walter Kohn: Nació en Viena en 1923 en una familia judía y en 1939, huyendo del nazismo, emigró a Estados Unidos. Trabajó en Pittsburgh entre 1950 y 60 y en la Universidad de California, San Diego, de 1960 a 1979. Ha sido director del Instituto de Física Teórica de Santa Barbara entre 1979 y 84 y trabaja en él, aunque tiene 75 años.

El Nobel de Química de este año, al igual que el de Física y Medicina, ha viajado a Estados Unidos, pero los ganadores no son estadounidenses sino europeos: Walter Kohn es austriaco y John A. Pople británico.

Los galardonados han sido pioneros en el desarrollo de métodos de cálculo para la realización de estudios teóricos de las propiedades de las moléculas y de los procesos químicos que se producen entre ellas, motivo por el que la Real Academia Sueca de Ciencias otorga el premio a ambos investigadores.

XX. A principios del siglo XX el desarrollo de la física cuántica abrió nuevas posibilidades para comprender la estructura molecular y poder así calcular las propiedades de las moléculas y sus interacciones. Pero las aplicaciones prácticas aún estaban lejos, ya que era imposible utilizar las complicadas formulaciones matemáticas de la física cuántica en moléculas tan complejas. Las cosas empiezan a cambiar en la década de 1960, cuando los ordenadores comienzan a emplearse para resolver ecuaciones complejas, cuando la química cuántica empieza a desarrollarse como una nueva rama de la química. Desde entonces, esta rama ha tenido un gran desarrollo y ha revolucionado la química. Y en ese desarrollo han sido fundamentales las obras de Walter Kohn y John Pople.

El trabajo de Walter Kohn ha sido puramente teórico, estableciendo las bases para simplificar y simplificar el modelo matemático de descripción de enlaces entre átomos. Anteriormente, el cálculo convencional de las propiedades de las moléculas se basaba en la descripción de los electrones individualmente considerados, por lo que los cálculos eran muy complejos. W. Kohn demostró que no era necesario tomar los electrones individualmente, que era suficiente con conocer la cantidad media de electrones en cualquier punto del espacio, es decir, la densidad electrónica. Se demostró que cualquier propiedad de los átomos y moléculas es función (mejor dicho, funcional) de esta densidad. Esto permitió dar un paso importante para comprender mejor por qué un átomo se une a otro para formar moléculas y crear sistemas cada vez más complejos.

La llamada teoría de la densidad funcional es la vía que desarrolló y que permite estudiar moléculas muy complejas, con muchos átomos, de una manera mucho más sencilla. Gracias a ello, y desde entonces, muchos investigadores han desarrollado W. Siguiendo la línea abierta por Kohn, el sistema de cálculo se ha afinado y desarrollado, siendo uno de los instrumentos de cálculo más utilizados actualmente en la química cuántica.

John A. Pople: Nació en 1925 en Burnham-on-Sea, Somerset. Se doctoró en matemáticas en la Universidad de Crambridge en 1951 y desde 1964 enseñó Física Química en la Universidad de Pittsburgh en Estados Unidos. Desde 1986 es catedrático de Química de la Universidad Northwestern de Illinois.

En la década de 1960 muchos investigadores en Europa y Estados Unidos comenzaron a ampliar el uso del ordenador y a crear métodos de cálculo. En este ámbito es necesario situar a John Pople a un nivel superior. Sus métodos permiten analizar teóricamente las propiedades de las moléculas y sus interacciones en las reacciones químicas. Los métodos están basados en las leyes fundamentales de la física cuántica.

Al ordenador se le suministran los datos básicos de una determinada molécula o reacción química y el ordenador devuelve la descripción de sus propiedades o explica cómo se produce esta reacción química. Permite predecir los resultados de muchos tipos de experimentos y, además, sin complejos y costosos experimentos, es posible predecir, teóricamente y con gran fiabilidad, la estructura y propiedades de muchas moléculas.

J. Además de desarrollar el método, Pople diseñó una aplicación práctica que utiliza este método, el programa de ordenadores Gaussian, para ser utilizado por investigadores de todo el mundo. La primera versión se publicó en 1970, y desde entonces, cuando la última ha salido este mismo año, se ha ido afinando y mejorando continuamente. Programas Gaussian W a principios de los 90. Implementó la teoría de la densidad funcional de Kohn, ampliando el camino para poder analizar teóricamente moléculas cada vez más complejas. En la actualidad, miles de químicos utilizan este programa en universidades y empresas químicas de todo el mundo.