The New York Times ofrece una explicación bastante buena: 3 investigadores ganan el Premio Nobel de Química
Para resumir algunos puntos clave:
El Premio Nobel fue otorgado por un enfoque para el modelado computarizado de moléculas, prediciendo las propiedades de las moléculas basándose solo en su composición y geometría. La idea clave aquí fue tomar los beneficios de dos métodos y combinarlos.
- Cómo obtener 130 arriba en física y química para NEET (2018)
- ¿Cuál es un ejemplo de una ecuación de palabras en química?
- ¿Por qué la presión no afecta tanto el punto de fusión del hielo como el punto de ebullición del agua?
- ¿Por qué NH3 y BF3 forman un aducto fácilmente?
- ¿Por qué aumenta la electronegatividad a medida que aumenta el carácter s en los orbitales híbridos?
Originalmente, las moléculas fueron modeladas con mecánica newtoniana: los átomos fueron tratados como cargas puntuales o gotas de carga en el mejor de los casos. Los electrones individuales no se consideraron, y los enlaces eran equivalentes a los resortes. Esto condujo a muchas imprecisiones: los átomos obedecen a la mecánica cuántica, y cuanto más pequeño se vuelve, más se aleja de la mecánica newtoniana el comportamiento se desvía. El beneficio de este sistema fue que los sistemas de ecuaciones eran relativamente simples y requerían muy poca potencia computacional.
El otro sistema dominante era modelar moléculas con mecánica cuántica y aproximar la ecuación de Schrodinger. Esto es extremadamente difícil de hacer y requiere modelar cada electrón por separado y aproximar la ecuación de Schrodinger para cada electrón. En cualquier tipo de molécula razonablemente grande, esto se vuelve computacionalmente inviable muy rápidamente, incluso con aproximaciones hechas para electrones internos, resolviendo solo electrones de capa de valencia. El beneficio fue que cuando una molécula podía modelarse con mecánica cuántica, el modelo generalmente era bastante preciso.
Estos 3 investigadores esencialmente combinaron los dos sistemas: Mecánica newtoniana y Mecánica cuántica, para lograr un alto grado de precisión, similar a un modelo mecánico cuántico completo, con una baja cantidad de intensidad computacional, similar a un modelo mecánico newtoniano. Su método de combinación se puede resumir bastante bien en esta imagen del comité del Premio Nobel:
En la región activa de la enzima, donde tiene lugar la reacción química, se utilizan sistemas de mecánica cuántica para una mayor precisión. En otros lugares, se aplica la mecánica newtoniana, lo que permite cálculos más rápidos donde no se requiere precisión. Esto es particularmente importante cuando las moléculas de disolvente tienen un efecto significativo (y, por lo tanto, el número de átomos adicionales es bastante grande). En sus pruebas iniciales, utilizaron mecánica newtoniana en electrones [matemáticos] \ sigma [/ matemáticos] y mecánica cuántica en electrones [matemáticos] \ pi [/ matemáticos]. (Fuente: Página sobre Acs – A. Warshel y M. Karplus, J. Amer. Chem. Soc. 94, 5612, 1972.)
* Una nota personal: he modelado varias moléculas usando métodos modernos y computadoras, e incluso ejecuté un modelo mecánico cuántico simplificado (solo considerando algunos orbitales), y con muchas simplificaciones de simetría, tomó un Xeon de 12 núcleos funcionando a 3.5 GHz, con ~ 40 GB de RAM casi una semana para calcular el espectro UV-Vis del fullereno C60. Extrapola las proteínas, que pueden contener miles de átomos, y rápidamente verás por qué son necesarias las aproximaciones newtonianas.
