Una lectura sobre interacciones entre modelos y algoritmos en el emerger de la química computacional

Abstract

Una lectura sobre interacciones entre modelos y algoritmos en el emerger de la química computacional Abstract. Para mediados del siglo veinte ya estaban dados los principales apuntalamientos de la química teórica. En 1911, el descubrimiento de Ernest Rutheford del núcleo consumó la identificación de las subparticulas constituyentes del átomo. Poco tiempo después, Niels Bohr (1913) ofreció un tratamiento para las órbitas electrónicas. En 1913, se explicitó la relación entre la carga positiva del núcleo, el número atómico y la posición de un átomo en la tabla periódica. Para 1926, Werner Heisenberg desarrolló la mecánica matricial y Erwin Schrödinger formuló la ecuación de onda básica no relativista que daba cuenta del movimiento del núcleo y los electrones en las moléculas. Una generalización relativista fue propuesta poco tiempo después por Paul Dirac (1929). La ecuación de Schrödinger se resolvía fácilmente para el caso del hidrógeno y con las correcciones relativistas se ajustaba casi perfectamente a los datos espectroscópicos experimentales. Pero, para otros sistemas las soluciones exactas no podían calcularse. De allí la famosa frase de Dirac (1929): ?Las leyes fundamentales necesarias para el tratamiento matemático de gran parte de la física y de la totalidad de la química son entonces completamente conocidas, y la dificultad se encuentra sólo en que la aplicación de estas leyes comporta ecuaciones que son demasiado complejas para ser resueltas. Dada la desesperanza de encontrar soluciones exactas, el desafío de la química teórica fue desarrollar procedimientos matemáticos aproximados que pudieran ayudar a la interpretación de los fenómenos químicos y que tuvieran suficiente capacidad predictiva. Los intentos de acercarse a este problema desde un enfoque modelístico son el objeto de este trabajo. El arribo de las computadoras y con ellas de las simulaciones computacionales marcó un hito fundamental y las cuestiones vinculadas a la implementación se vuelven ineludibles para abordar la temática. Nos centraremos en el trabajo de John Pople (1969, 1970, 1971, 1978, 1986), considerado uno de los pilares fundamentales del surgimiento de la química computacional. Pople realizó sucesivas contribuciones a los cálculos de orbitales moleculares que constituyeron la base del programa informático Gaussian que permitió investigar las propiedades de las moléculas en los procesos químicos. El trabajo de Pople posibilita ilustrar algunas de las interacciones entre modelos y algoritmos en la construcción de las simulaciones computacionales. En particular, la noción de eficiencia puede ser analizada en sus múltiples facetas.