Las reacciones químicas son el núcleo de todo lo que ocurre en el Universo. Desde la fusión termonuclear que impulsa el Sol, hasta cómo los antibióticos ayudan a combatir la neumonía, todo depende de lo que ocurre cuando las moléculas chocan e interactúan para formar nuevos compuestos.

El químico Ernesto García, con sede en la Universidad del País Vasco en Vitoria (España), ha dedicado su carrera académica a entender las reacciones químicas desde una perspectiva teórica. «Mi principal objetivo científico es calcular con precisión la eficiencia de los procesos moleculares en los que las moléculas chocan para reaccionar, disociarse, intercambiar energía y deformarse», dice García.

García crea modelos computacionales para describir reacciones que son importantes para estudiar fenómenos naturales o procesos industriales. Disponer de buenos modelos teóricos para predecir el comportamiento molecular significa que las simulaciones serán realistas y útiles para abordar problemas de investigación en el mundo real.

Los modelos precisos de colisiones moleculares tienen en cuenta muchos tipos de parámetros (por ejemplo, las energías cinéticas, la forma de las moléculas, las propiedades térmicas). García utiliza un flujo de trabajo llamado Grid Empowered Molecular Simulator (GEMS) para agilizar el trabajo computacional de los cálculos.

GEMS fue desarrollado por el equipo de Antonio Laganà en la Universidad de Perugia (Italia) y se nutre de recursos informáticos de alto rendimiento puestos a disposición por la CompChem Virtual Organisation.

En los últimos cuatro años, García ha trabajado en proyectos que van desde la astronomía hasta la química aplicada y la ciencia atmosférica. Ha presentado unos 2,5 millones de trabajos para un total de 31 millones de horas de CPU y ha publicado ocho artículos en revistas revisadas por pares y un montón de resultados pendientes de publicación.

GEMS en acción

Evolución química de las nubes interestelares

Las nubes interestelares son amalgamas de gas, plasma y polvo dispersas por el Universo. En Rampino et al. 2016, García y su equipo analizaron cómo influye la temperatura en su evolución química.

El equipo modelizó la formación de C2+ (un ion con enlace químico entre a átomos de carbono y, por tanto, precursor de cadenas de hidrocarburos más largas) a partir de un átomo de carbono y el radical metilidina, CH+ (omnipresente en todo el espacio interestelar) y encontró algo sorprendente: sus tasas de formación en las nubes interestelares son varios órdenes de magnitud diferentes a los valores utilizados en los modelos astronómicos actuales.

Modelando el plasma de nitrógeno

En Esposito et al. 2017 el equipo modeló plasmas de nitrógeno, como los que rodean a las naves espaciales cuando entran en la atmósfera de la Tierra o de Titán. En estas circunstancias, la temperatura puede alcanzar decenas de miles de grados.

Gracias a la cuadrícula del EGI, fue posible calcular la tasa de disociación inducida por colisión de las moléculas de nitrógeno en varios estados vibracionales excitados por colisión tanto con átomos de nitrógeno como con moléculas de nitrógeno.