Reacțiile chimice se află în centrul a tot ceea ce se întâmplă în Univers. De la fuziunea termonucleară care alimentează Soarele și până la modul în care antibioticele ajută la combaterea pneumoniei, totul depinde de ceea ce se întâmplă atunci când moleculele se ciocnesc și interacționează pentru a forma noi compuși.

Chimistul Ernesto García, cu sediul la Universitatea Țării Bascilor din Vitoria (Spania), și-a dedicat cariera academică înțelegerii reacțiilor chimice dintr-o perspectivă teoretică. „Principalul meu obiectiv științific este să calculez cu exactitate eficiența proceselor moleculare în care moleculele se ciocnesc pentru a reacționa, se disociază, fac schimb de energie și se deformează”, spune García.

García creează modele computaționale pentru a descrie reacțiile care sunt importante pentru studierea fenomenelor naturale sau a proceselor industriale. Dispunând de modele teoretice bune pentru a prezice comportamentul molecular înseamnă că simulările vor fi realiste și utile pentru a aborda problemele de cercetare din lumea reală.

Modelurile exacte ale coliziunilor moleculare iau în considerare mai multe tipuri de parametri (de exemplu, energiile cinetice, forma moleculelor, proprietățile termice). García folosește un flux de lucru numit Grid Empowered Molecular Simulator (GEMS) pentru a eficientiza activitatea de calcul a calculelor.

GEMS a fost dezvoltat de echipa lui Antonio Laganà de la Universitatea din Perugia, Italia, și este alimentat de resursele High-Throughput Compute puse la dispoziție de Organizația Virtuală CompChem.

În ultimii patru ani, García a lucrat în proiecte care variază de la astronomie, la chimie aplicată și știință atmosferică. El a trimis aproximativ 2,5 milioane de lucrări pentru un total de 31 de milioane de ore CPU și a publicat opt lucrări în reviste de specialitate și o mulțime de rezultate care așteaptă să fie publicate.

GEMS în acțiune

Evoluția chimică a norilor interstelari

Norii interstelari sunt amalgamuri de gaz, plasmă și praf împrăștiate în Univers. În Rampino et al. 2016, Garcia și echipa sa au analizat modul în care temperatura influențează evoluția lor chimică.

Echipa a modelat formarea lui C2+ (un ion cu o legătură chimică între doi atomi de carbon și, prin urmare, un precursor al lanțurilor mai lungi de hidrocarburi) dintr-un atom de carbon și radicalul metilidină, CH+ (omniprezent în tot spațiul interstelar) și a descoperit ceva surprinzător: ratele sale de formare în norii interstelari sunt cu câteva ordine de mărime diferite de valorile utilizate în modelele astronomice actuale.

Modelarea plasmei de azot

În Esposito et al. 2017, echipa a modelat plasmele de azot, precum cele care înconjoară navele spațiale atunci când intră în atmosfera Pământului sau a lui Titan. În aceste condiții, temperatura poate ajunge la zeci de mii de grade.

Grație grilei EGI, a fost posibilă calcularea ratei de disociere indusă de coliziune a moleculelor de azot în mai multe stări vibraționale excitate prin coliziune atât cu atomi de azot, cât și cu molecule de azot.

.