Kemiska reaktioner är kärnan i allt som händer i universum. Från den termonukleära fusionen som driver solen till hur antibiotika hjälper till att bekämpa lunginflammation – allt beror på vad som händer när molekyler kolliderar och interagerar för att bilda nya föreningar.

Kemisten Ernesto García, verksam vid Baskienuniversitetet i Vitoria (Spanien), har ägnat sin akademiska karriär åt att förstå kemiska reaktioner ur ett teoretiskt perspektiv. ”Mitt huvudsakliga vetenskapliga mål är att exakt beräkna effektiviteten hos molekylära processer där molekyler kolliderar för att reagera, dissociera, utbyta energi och deformeras”, säger García.

García skapar beräkningsmodeller för att beskriva reaktioner som är viktiga för att studera naturfenomen eller industriella processer. Om man har bra teoretiska modeller för att förutsäga molekylärt beteende innebär det att simuleringarna blir realistiska och användbara för att ta itu med forskningsproblem i den verkliga världen.

En korrekt modell av molekylära kollisioner tar hänsyn till många typer av parametrar (t.ex. kinetiska energier, molekylernas form, termiska egenskaper). García använder ett arbetsflöde som kallas Grid Empowered Molecular Simulator (GEMS) för att effektivisera beräkningarna.

GEMS utvecklades av Antonio Laganàs team vid universitetet i Perugia i Italien och drivs av höggenomsnittsresurser för beräkning som görs tillgängliga av CompChem Virtual Organisation.

Under de senaste fyra åren har García arbetat med projekt som sträcker sig från astronomi till tillämpad kemi och atmosfärsvetenskap. Han har lämnat in cirka 2,5 miljoner jobb för totalt 31 miljoner CPU-timmar och publicerat åtta artiklar i fackgranskade tidskrifter och många resultat som väntar på publicering.

GEMS in action

Chemical evolution of interstellar clouds

Interstellära moln är sammanslagningar av gas, plasma och damm som är utspridda över universum. I Rampino et al. 2016 undersökte Garcia och hans grupp hur temperaturen påverkar deras kemiska utveckling.

Gruppen modellerade bildandet av C2+ (en jon med en kemisk bindning mellan två kolatomer och därför en föregångare till längre kolvätekedjor) från en kolatom och metylidinradikalen CH+ (som är allestädes närvarande i hela den interstellära rymden) och fann något överraskande: dess bildningshastighet i de interstellära molnen skiljer sig i flera storleksordningar från de värden som används i nuvarande astronomiska modeller.

Modellering av kväveplasma

I Esposito et al. 2017 modellerade teamet kväveplasma, som de som omger rymdfarkoster när de går in i jordens eller Titans atmosfär. Under dessa omständigheter kan temperaturen nå tiotusentals grader.

Tack vare EGI-nätet var det möjligt att beräkna den kollisionsinducerade dissociationshastigheten för kvävemolekylerna i flera vibrationsmässigt exciterade tillstånd genom kollision med både kväveatomer och kvävemolekyler.