'Podemos hacer qu¨ªmica virtual con los ordenadores'

Tom Ziegler (Copenhague, 1945) est¨¢ considerado uno de los expertos con mayor ascendencia en el complejo mundo de la simulaci¨®n inform¨¢tica de mol¨¦culas y reacciones qu¨ªmicas. Suyo es el primer software desarrollado en este campo, la aplicaci¨®n ADF (por Amsterdam Density Functional), hace la friolera de 25 a?os, y suyos son tambi¨¦n los algoritmos y aplicaciones que hoy usan buena parte de los laboratorios de todo el mundo para entender c¨®mo afecta el entorno a una reacci¨®n en un medio l¨ªquido. 'Soy el Bill Gates de la qu¨ªmica te¨®rica', cuenta divertido. Pero, a diferencia del propietario de Microsoft, matiza: 'No creo que vaya a hacerme rico nunca'. Ziegler, investigador de la Universidad de Calgary (Canad¨¢), particip¨® en el congreso sobre Estructura Electr¨®nica y Reactividad Qu¨ªmica celebrado recientemente en la Universidad Aut¨®noma de Barcelona.

'Soy el Bill Gates de la qu¨ªmica te¨®rica, pero no creo que me haga nunca rico con esto'

'En comparaci¨®n con otros materiales, el pl¨¢stico es mucho m¨¢s limpio'

Pregunta. Parece como si hubiera mucha competencia en su campo.

Respuesta. Por desgracia, no soy el ¨²nico en el mercado, aunque s¨ª fui el primero. Ahora mismo habr¨¢ al menos 6 o 7 programas inform¨¢ticos con funciones similares, pero el m¨ªo es el m¨¢s popular. En qu¨ªmica computacional hay dos escuelas claramente distintas. Tuve la suerte de apostar por la que finalmente ha prevalecido, que es por la que Walter Kohn recibi¨® el Premio Nobel en 1998. Seg¨²n la misma, basta s¨®lo con considerar la densidad electr¨®nica en lugar de la de cada uno de los electrones. La teor¨ªa permiti¨® simplificar las ecuaciones multidimensionales, extraordinariamente complejas, que describen el movimiento de los electrones.

P. ?Y qu¨¦ tiene que ver eso con la puesta a punto de un programa inform¨¢tico de qu¨ªmica te¨®rica?

R. La verdad es que mucho. De lo que se trata es de desarrollar m¨¦todos para resolver ecuaciones a trav¨¦s de modelos inform¨¢ticos, y ah¨ª es donde entra la teor¨ªa de Kohn. En mi caso concreto, para estudiar los aspectos ambientales de las reacciones qu¨ªmicas para que los modelos resultantes sean m¨¢s y m¨¢s realistas. Hace 15 a?os trabaj¨¢bamos con mol¨¦culas ¨²nicas, mientras que hoy ya podemos aproximarnos a la realidad.

P. ?Se est¨¢ todav¨ªa muy lejos de esa realidad?

R. El problema es que una mol¨¦cula no est¨¢ sola en el mundo y que, adem¨¢s, su comportamiento depende de otras muchas. Es cierto que pueden calcularse las propiedades de una sola de ellas e incluso de una reacci¨®n qu¨ªmica determinada, pero la influencia de su entorno y de c¨®mo interact¨²an unas con las otras es fundamental. Este problema, junto con las ecuaciones matem¨¢ticas que lo describen, no est¨¢ todav¨ªa resuelto.

P. Una forma de resolverlo es fragmentar razonablemente ese entorno.

R. S¨ª, hay que fragmentar. De hecho, la influencia de una mol¨¦cula en otra tiende a ser menor a medida que nos alejamos de una reacci¨®n, hasta el punto de que puede llegar a considerarse inexistente. El tema es d¨®nde cortar. Con las t¨¦cnicas actuales podemos hacer cajas, pero son demasiado peque?as, del orden de 20 a 100 mol¨¦culas para cada una de ellas. Necesitar¨ªamos meter varios miles de mol¨¦culas para conseguir una visi¨®n real. Con suerte, lo lograremos en 10 a?os.

P. ?El problema es disponer de suficiente potencia de c¨¢lculo?

R. Por supuesto, pero tambi¨¦n se necesita nuevo software, nuevos algoritmos. Si los ni?os contin¨²an jugando con ordenadores cada vez m¨¢s potentes, es probable que alcancemos el objetivo mucho antes. Al fin y al cabo, los ordenadores de sobremesa actuales son mucho m¨¢s potentes que las computadoras cient¨ªficas del pasado.

P. Volvamos a su software. ?Qu¨¦ utilidades tiene?

R. B¨¢sicamente, el programa ADF est¨¢ concebido para explicar interacciones y reacciones qu¨ªmicas. Sus campos de aplicaci¨®n son diversos. Abarca aspectos tan dispares como la petroqu¨ªmica, la biomedicina, la ciencia de materiales o la nanotecnolog¨ªa. Todo ello a partir de la qu¨ªmica te¨®rica computacional, un ¨¢rea de la ciencia que tiene mucho que ver con la predicci¨®n que los f¨ªsicos formularon en 1926 seg¨²n la cual todo en qu¨ªmica pod¨ªa resolverse te¨®ricamente sin necesidad de experimentos. Gracias a la computaci¨®n, podemos hacer algo as¨ª como qu¨ªmica virtual.

P. Parece un poco pretencioso afirmar que todo pueda resolverse sin experimentos, ?no le parece?

R. Es s¨®lo teor¨ªa. La realidad se encarga a menudo de demostrar lo mucho que queda por resolver y c¨®mo la qu¨ªmica te¨®rica puede aportar soluciones.

P. ?Por ejemplo?

R. El dise?o de nuevos f¨¢rmacos. La qu¨ªmica computacional puede ser muy ¨²til, especialmente para la predicci¨®n te¨®rica de reacciones entre distintos compuestos o incluso para la definici¨®n de nuevas mol¨¦culas, muchas de las cuales no existen en realidad, pero que podr¨ªan llegar a sintetizarse conociendo sus propiedades. Es lo que podr¨ªamos llamar la qu¨ªmica m¨¦dica.

P. ?Existe tambi¨¦n una qu¨ªmica biol¨®gica?

R. Por supuesto. Uno de los retos actuales es tratar de definir la c¨¦lulas en su conjunto y ver c¨®mo interact¨²an sus distintos componentes. Los modelos ah¨ª son esenciales, entre otras razones porque no siempre es posible mirar el interior de la c¨¦lula y hacer experimentos reales.

P. ?En qu¨¦ otras ¨¢reas se est¨¢n haciendo aportaciones?

R. Sobre todo en petroqu¨ªmica. El objetivo es conseguir nuevos materiales pl¨¢sticos. La palabra clave en este campo es cat¨¢lisis y lo importante es reducir al m¨¢ximo la generaci¨®n de residuos, algo que puede conseguirse repensando las reacciones qu¨ªmicas que se dan en la formaci¨®n de nuevos compuestos.

P. Esto suena a qu¨ªmica verde, ?no cree?

R. Todos los qu¨ªmicos estamos interesados en generar los mejores productos y que sean lo menos contaminantes posible. Pero qu¨ªmica verde no significa s¨®lo generar residuo cero. Implica tambi¨¦n reducir el consumo de energ¨ªa de las reacciones para reducir el gasto energ¨¦tico en los procesos de producci¨®n. En cualquier caso, necesitamos pl¨¢sticos. Por definici¨®n, son mejores que el acero. Entre otras razones, porque el consumo de energ¨ªa para su producci¨®n es mucho menor. Recuerde que hace unos pocos a?os todo se hac¨ªa con otros materiales y un coste ambiental muy superior. En comparaci¨®n, el pl¨¢stico es mucho m¨¢s limpio.

P. ?Prev¨¦ pl¨¢sticos para todo?

R. No. Cada elemento tiene sus propiedades. Sin embargo, su uso crecer¨¢, especialmente en el Tercer Mundo, donde facilitar¨¢ el acceso a materiales m¨¢s baratos.

P. Dec¨ªa antes que la nanotecnolog¨ªa tambi¨¦n se est¨¢ beneficiando de la qu¨ªmica computacional. ?De qu¨¦ modo?

R. La tendencia es construir dispositivos cada vez m¨¢s peque?os y eficientes. Gracias a la aportaci¨®n te¨®rica que efectuamos con los ordenadores, podemos predecir nuevos materiales e incluso nuevos dispositivos. Podemos calcular mucho m¨¢s r¨¢pido sus propiedades ¨®pticas, electr¨®nicas y magn¨¦ticas, o generar mol¨¦culas virtuales de acuerdo a unas caracter¨ªsticas predeterminadas. Los modelos te¨®ricos est¨¢n para entender c¨®mo funciona ese dispositivo o c¨®mo manejar una mol¨¦cula.

P. ?En qu¨¦ tipo de modelos est¨¢ m¨¢s interesado?

R. En las propiedades ¨®pticas no lineales. Se trata de una de las ¨¢reas en expansi¨®n en ciencias computacionales relacionada con el dise?o de nuevos ordenadores. En esencia, pretende ver c¨®mo enviar se?ales entre dos puntos de una forma mucho m¨¢s r¨¢pida mediante haces de luz. Los fotones, y no los electrones, son los que se emplean para enviar se?ales. Curiosamente, no es un proceso qu¨ªmico, sino f¨ªsico. El objetivo es calcular las propiedades electr¨®nicas de un material y ver c¨®mo responden a la luz.