Probabilmente la Chimica è, nell’immaginario collettivo, la scienza sperimentale per eccellenza: persone in camice che manipolano liquidi di vario colore con provette ed altra vetreria dai nomi un po’ singolari.
In parte è vero, cioè la Chimica si nutre di dati sperimentali ottenuti da reazioni e misurazioni su sostanze “concrete”.
Essere in grado di analizzare con precisione la composizione di un generico campione, come del terreno, o poter sintetizzare una data molecola sono punti focali di questa disciplina e hanno innumerevoli applicazioni in innumerevoli campi, dalla medicina all’agronomia.
In aggiunta a queste tematiche estremamente affascinanti, la Chimica incorpora una serie di modelli matematici in grado di consentire una maggiore comprensione del fenomeno.
In sostanza si vuole rispondere nel modo più completo possibile alla domanda: Perché avviene quello che sto osservando? Perché questa reazione avviene? Con che meccanismo questa proteina esplica la propria funzione? Perché esiste questo andamento per una proprietà fisica?
Sono solo alcune delle domande a cui il solo dato, sebbene sia di centrale rilevanza, non soddisfa appieno la “curiosità”. Ecco che la Chimica Teorica esplica la sua funzione.
La Chimica Teorica si avvale di modelli matematici sia “carta e penna” che implementati su software, con lo scopo sia di razionalizzare che di predire l’esito della prova sperimentale. Essa è diventata davvero pervasiva e multidisciplinare, specialmente con l’avanzamento tecnologico dei computer.
Ma cosa fa un Chimico Teorico? Un Chimico Teorico innanzitutto elabora modelli, cioè scrive equazioni (pagine e pagine talvolta) su un problema di interesse.
Ad esempio, durante il mio dottorato sto affrontando il problema delle velocità delle reazioni chimiche per comprendere il comportamento di una proteina, l’enzima glutationeperossidasi.
Quindi ho cercato in letteratura scientifica delle possibili formule da usare e le ho rimaneggiate, innestando tra loro teorie differenti. Dopodiché ho “versato” la matematica nel computer, cioè ho scritto un programma per fare i calcoli.
Lo studio di sistemi via via più complessi, unito alla presenza di equazioni più sofisticate, esclude quasi sempre l’esecuzione di “conti a mano”. Alcune procedure di calcolo sono così “pesanti” ma comuni da eseguire, che esistono una moltitudine di software, sia gratuiti che a pagamento, confezionati allo scopo.
Il ruolo dello scienziato è fondamentale perché anche il programma più complesso che gira sul computer più performante dà la spiegazione sbagliata, se l’utente non ha la cosiddetta sensibilità chimica, cioè l’idea di cosa consista il fenomeno e quindi come usare propriamente lo strumento di computazione e quali assunzioni fare.
Purtroppo o per fortuna, il chimico teorico non preme un bottone ed ottiene immediatamente la spiegazione del fenomeno. Spesso, come nel mio caso, si arriva a questa con una serie di sbagli, ragionamenti e davvero tante parolacce.
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Jonathan Campeggio
Dottorando in Chimica Teorica a Padova, ha la passione per il judo, il giardinaggio e l’arte. Alla prossima puntata!
Bibliografia:
- Christopher J. Cramers, Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models, Wiley.
