Reações químicas estão no centro de tudo o que acontece no Universo. Desde a fusão termonuclear que alimenta o Sol, até como os antibióticos ajudam a combater a pneumonia, tudo depende do que acontece quando as moléculas colidem e interagem para formar novos compostos.

O químico Ernesto García, baseado na Universidade do País Basco em Vitória (Espanha), dedicou sua carreira acadêmica a compreender as reações químicas desde uma perspectiva teórica. “Meu principal objetivo científico é calcular com precisão a eficiência dos processos moleculares nos quais as moléculas colidem para reagir, dissociar, trocar energia e deformar”, diz García.

García cria modelos computacionais para descrever reações que são importantes para o estudo de fenômenos naturais ou processos industriais. Ter bons modelos teóricos para prever o comportamento molecular significa que as simulações serão realistas e úteis para enfrentar problemas de pesquisa no mundo real.

Modelos precisos de colisões moleculares levam em conta muitos tipos de parâmetros (por exemplo, energias cinéticas, a forma das moléculas, propriedades térmicas). García usa um workflow chamado Grid Empowered Molecular Simulator (GEMS) para racionalizar o trabalho computacional dos cálculos.

GEMS foi desenvolvido pela equipe de Antonio Laganà na Universidade de Perugia na Itália e é alimentado por recursos de computação de alto rendimento disponibilizados pela Organização Virtual CompChem.

Nos últimos quatro anos, García trabalhou em projetos que vão desde astronomia, até química aplicada e ciência atmosférica. Ele submeteu cerca de 2,5 milhões de trabalhos para um total de 31 milhões de horas de CPU e publicou oito artigos em revistas revisadas por pares e muitos resultados aguardando publicação.

GEMS em ação

Evolução química das nuvens interestelares

Nuvens interestelares são amálgamas de gás, plasma e poeira espalhadas por todo o Universo. Em Rampino et al. 2016, Garcia e sua equipe analisaram como a temperatura influencia sua evolução química.

A equipe modelou a formação de C2+ (um íon com uma ligação química entre átomos de carbono e, portanto, um precursor de cadeias mais longas de hidrocarbonetos) a partir de um átomo de carbono e do radical metilidina, CH+ (onipresente em todo o espaço interestelar) e encontrou algo surpreendente: suas taxas de formação nas nuvens interestelares são várias ordens de magnitude diferentes dos valores usados nos modelos astronômicos atuais.

Modelando plasma de nitrogênio

Em Esposito et al. 2017 a equipe modelou plasmas de nitrogênio, como aqueles que envolvem as naves espaciais quando elas entram na atmosfera da Terra ou de Titã. Sob estas circunstâncias, a temperatura pode atingir dezenas de milhares de graus.

Graças à grade EGI, foi possível calcular a taxa de dissociação induzida pela colisão das moléculas de nitrogênio em vários estados vibracionais excitados pela colisão com átomos e moléculas de nitrogênio.