Concepto de Química Computacional

La química digital o computacional, es una disciplina de la química que se vale de ordenadores para la resolución de problemas químicos mediante la incorporación de los fundamentos teóricos a un software determinado para realizar los cálculos de las estructuras, también de las propiedades de las moléculas y de la materia sólida. De forma sencilla, se puede decir que es una conversión de la química teórica y su objetivo de análisis se basa en la aplicación de operaciones de cálculo para resolver ecuaciones y evaluar propiedades a nivel molecular.

Química Computacional

La química computacional es de gran utilidad para el entendimiento de métodos químicos, por tal motivo es utilizada como instrumento de aprendizaje y de apoyo en investigaciones experimentales. Comprende dos técnicas fundamentales, la mecánica molecular y la mecánica cuántica, también guarda relación con áreas como la biología, la mecánica y la física. A través de la química computacional se puede obtener la especificación molecular necesaria para detallar un sistema, ya que se emplea para definir los estados intermedios de reacción, los ángulos de enlace y las características electrónicas de las moléculas, etc. Es por ello que, actualmente existen programas específicos para desarrollar cálculos de química, los cuales son diferentes a los procesos de cálculo básicos tanto en la precisión como en los recursos computacionales.

El análisis que realiza la química computacional, se pone en práctica cuando la experimentación de laboratorio es inadecuada, inviable o imposible debido a los factores externos que influyen en algunos experimentos: temperaturas elevadas, cualidades de vacío, etc. o bien a los altos costos que producen. A partir de esto se puede comprender que, la química computacional es una rama científica que abarca todas aquellas etapas de la investigación en química que se agilizan y se benefician con la utilización de las computadoras. Todos los métodos químicos computacionales están relacionados con la medición de los espacios de energías de potencia, las cuales son definidas como las fuerzas que interrelacionan a los átomos, manera en que los cálculos químicos procesados por ordenadores se diferencian de los demás al momento de evaluarlas. Este campo de estudio y análisis comprende las siguientes etapas de cálculo: la estructuración molecular, técnicas de análisis computacionales, la diagramación molecular computarizada, las bases de datos químicas, sistematización de las estructuras orgánicas y el seguimiento de datos en base a fundamentos químicos.

El propósito de estudio fundamental de la química computacional es pronosticar cualquier clase de propiedades moleculares de estructura química, valiéndose de la fisicoquímica, la física molecular y la física cuántica, así mismo del empleo de las distintas técnicas teóricas. Muchos métodos de la química computacional pueden ser aplicados por cualquier científico, no solamente por especialistas en la materia, aunque se debe tener en cuenta que para su aplicación es necesario poseer los conocimientos básicos teóricos químicos y también tener la capacidad de análisis para emitir un juicio ajustado, la destreza requerida en manejo de software y de los recursos de hardware para que funcionen correctamente los programas de cálculos químicos.

Como se indicó con anterioridad, la química computacional engloba una variada categoría de métodos matemáticos que pueden dividirse en dos grupos:

  • La mecánica Molecular: implica la utilización de las leyes de la física clásica, las que son aplicadas al núcleo molecular desestimando a los electrones. Se aplican ecuaciones de la mecánica clásica de acuerdo a la manifestación de fuerzas para definir los espacios de energía potencial y las cualidades físicas de las moléculas. Más específicamente, las moléculas suelen describirse como un grupo de átomos que interactúan entre sí, noción comúnmente conocida como “campo de fuerzas”.
  • La mecánica cuántica: es un procedimiento que se lleva a cabo partiendo de la ecuación de Schrödinger para identificar a una clase de molécula, aplicando un proceso directo a su estructura electrónica. Se ramifica a su vez según el método efectuado en: técnicas semi empíricas y técnicas de ab initio (técnica de Hartree-Fock sobre moléculas diatómicas). La mecánica cuántica, es un campo de estudio científico de la física que analiza y describe el desplazamiento de las partículas más pequeñas llamadas “microobjetos”.

Entre las relaciones de estrechez que guarda la química computacional con otras ramas científicas, está la que mantiene con la biología molecular. En tal sentido se mencionan por ejemplo los valiosos aportes en materia de biomoléculas, en los cuales desarrolla investigaciones sobre la configuración de sus características y la dinámica de su reactividad química.