Le reazioni chimiche sono al centro di tutto ciò che accade nell’universo. Dalla fusione termonucleare che alimenta il Sole, a come gli antibiotici aiutano a combattere la polmonite, tutto dipende da ciò che accade quando le molecole si scontrano e interagiscono per formare nuovi composti.

Il chimico Ernesto García, con sede presso l’Università dei Paesi Baschi a Vitoria (Spagna), ha dedicato la sua carriera accademica alla comprensione delle reazioni chimiche da una prospettiva teorica. “Il mio principale obiettivo scientifico è quello di calcolare con precisione l’efficienza dei processi molecolari in cui le molecole si scontrano per reagire, dissociarsi, scambiare energia e deformarsi”, dice García.

García crea modelli computazionali per descrivere le reazioni che sono importanti per studiare i fenomeni naturali o i processi industriali. Avere buoni modelli teorici per prevedere il comportamento molecolare significa che le simulazioni saranno realistiche e utili per affrontare i problemi di ricerca nel mondo reale.

Modelli accurati di collisioni molecolari prendono in considerazione molti tipi di parametri (per esempio le energie cinetiche, la forma delle molecole, le proprietà termiche). García usa un flusso di lavoro chiamato Grid Empowered Molecular Simulator (GEMS) per semplificare il lavoro computazionale dei calcoli.

GEMS è stato sviluppato dal team di Antonio Laganà all’Università di Perugia in Italia ed è alimentato da risorse di calcolo High-Throughput rese disponibili dalla CompChem Virtual Organisation.

Negli ultimi quattro anni, García ha lavorato in progetti che vanno dall’astronomia, alla chimica applicata e alla scienza atmosferica. Ha presentato circa 2,5 milioni di lavori per un totale di 31 milioni di ore di CPU e ha pubblicato otto articoli su riviste peer-reviewed e molti risultati in attesa di pubblicazione.

GEMS in azione

Evoluzione chimica delle nuvole interstellari

Le nuvole interstellari sono amalgami di gas, plasma e polvere sparsi nell’Universo. In Rampino et al. 2016, Garcia e il suo team hanno esaminato come la temperatura influenza la loro evoluzione chimica.

Il team ha modellato la formazione di C2+ (uno ione con un legame chimico tra a atomi di carbonio e quindi un precursore di catene di idrocarburi più lunghe) da un atomo di carbonio e dal radicale metilidina, CH+ (onnipresente in tutto lo spazio interstellare) e ha trovato qualcosa di sorprendente: i suoi tassi di formazione nelle nubi interstellari sono diversi ordini di grandezza diversi dai valori utilizzati nei modelli astronomici attuali.

Modellazione del plasma di azoto

In Esposito et al. 2017 il team ha modellato i plasmi di azoto, come quelli che circondano le navicelle spaziali quando entrano nell’atmosfera della Terra o di Titano. In queste circostanze, la temperatura può raggiungere decine di migliaia di gradi.

Grazie alla griglia EGI, è stato possibile calcolare il tasso di dissociazione indotta da collisione delle molecole di azoto in diversi stati vibrazionali eccitati per collisione sia con atomi di azoto che con molecole di azoto.

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