Página/12 :: Ciencia :: Viajeros de la química teórica

En general, la química suele ser vista como una disciplina fundamentalmente práctica. En el imaginario colectivo, el químico deja de ser un científico completo que aborda las cuestiones desde los primeros principios, para convertirse en un mero manipulador de las sustancias que, mediante la prueba y el error, busca aislar o crear determinados compuestos en su laboratorio lleno de tubos de ensayo de colores. Pero en realidad, como en todas las ciencias, la química teórica subyace y rige a la práctica. Desde la teoría de los cuatro elementos de Aristóteles hasta las más recientes descripciones de las moléculas y los átomos, los modelos (provisionales) siempre orientaron los trabajos de los científicos. No sólo hay sustancias que se combinan y recombinan, sino principios generales que gobiernan esas reacciones.

Eduardo Castro, doctor en Química, se dedica, precisamente, a la química teórica, que según asegura está en constante expansión. También dirige el Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas Aplicadas (Inifta) de la Universidad de La Plata, además de su propio grupo.

–Lo único que sé con certeza es que usted es químico teórico. Entre otras cosas, me falta saber qué es la química teórica.

–Es la disciplina que intenta utilizar todas las herramientas que proveen la matemática, la física, la informática y la química experimental para elaborar modelos, proponer hipótesis y correlacionar distintos hechos experimentales. Obviamente, en toda tarea de investigación, incluso en la más experimental, siempre hay una teoría, porque debe haber un principio racional que trate de enhebrar esos hechos y darles un sentido. La teoría, decididamente, aborda ese compromiso, esa búsqueda y lo hace a través de herramientas sólidas que se proveen a partir de la mecánica cuántica.

–¿Podría darme un ejemplo de lo que hace?

–Vincular actividades de potenciales drogas con ciertos parámetros moleculares, o sea, ver si ciertas características que tiene una molécula se correlacionan con las capacidades que tenga una droga potencial o real.

–¿Cómo sería eso?

–Por ejemplo, uno de los trabajos que hacemos es sobre agentes anticonvulsantes. Estamos desarrollando con el laboratorio de fármaco-química una tarea conjunta: ellos sintetizan algunas drogas y buscan nuevos patrones, mientras que nosotros tratamos de encontrar en las moléculas ciertas características que después puedan vincularse con las propiedades que se midieron. Es un medio que la industria farmacéutica usa mucho, porque orientándose por este tipo de análisis teóricos se acortan caminos: se trasciende el mero método de prueba y error. Con un criterio teórico se selecciona cierto conjunto de potenciales agentes curativos o la propiedad de que se trate y se experimenta a partir de ello. Sin estos recursos habría un campo prácticamente infinito de prueba y error.

–La química tuvo una faceta experimental, pero también, a partir del siglo XIX, contó con un cuerpo teórico muy importante, a partir de la tabla periódica, y después mucha parte de la química quedó bajo el campo de la física. ¿Qué es lo que no se sabe de química ahora? ¿Cuál es el problema teórico de la química? Así como el problema de la física es vincular la relatividad con la cuántica.

–La química es una ciencia en sí misma; no se puede pensar que hay un problema, porque es extremadamente rica y abarca un campo vastísimo. La cantidad de moléculas que se van sintetizando prácticamente a diario es muy grande, de manera que hay un sinnúmero de casos, de fenómenos que necesitan ser explicados.

–¿Como por ejemplo?

–La reactividad de las moléculas en estados excitados, para comprender la química de la alta atmósfera.

–¿Y qué es una molécula en un estado excitado?

–Así como nosotros podemos existir en estado relajado, en estado entusiasta, en estado de ensoñación, la molécula tiene también toda una gama de diferentes estados. El estado normal, denominado fundamental, es al cual recae toda molécula una vez que se encuentra en estado excitado. Pero muchos procesos tienen la necesidad de que esa molécula se excite a través de la absorción de alguna forma de energía o por choques. Y entonces ahí cambia sus posibilidades.

–Cambian de capa los electrones.

–No es exactamente así. Físicamente, una molécula en estado excitado tiene un contenido energético mayor que el que tiene en el estado normal. Ahora, todo eso admite muchas variantes, porque ese exceso de energía puede ser de distintos tipos: vibracional, rotacional, electrónica.

–O sea que la molécula puede estar vibrando o puede estar rotando.

–Bueno, está siempre vibrando, pero puede estar vibrando con mayor frecuencia, puede estar rotando a mayor velocidad.

–Lo que varía, entonces, es la energía potencial de los electrones.

–Algo así. El problema es que una molécula es algo complejo, donde conviven núcleos, electrones y protones que no pueden ser analizados por separado

–Y respecto de los principios fundamentales de la química, que aún no me lo respondió... ¿Qué es lo que no se sabe? ¿Cuál es el límite de la química en este momento?

–El esqueleto de la química está bastante bien completado, en lo que hace a la faz del fundamento teórico. La física tiene un marco teórico que, en la actualidad, para la química es más que suficiente. Pero uno de los límites es que los estudios que se puedan hacer van a depender de disponibilidades computacionales para hacer cálculos. Ahora, por ejemplo, se está explorando mucho lo que se llama la “química verde”, que trata de generar una ciencia que no haga entrar en escena a subproductos nocivos para la salud humana. Desde ese punto de vista, se puede decir que la química no es tan reduccionista como la física.

–¿Eso significa que la gran saga de Lavoisier, Dalton, Berzelius y Mendeleiev se ocupó de sentar todos los basamentos y dejó a la química sin nada por explicar?

–No, la química es una ciencia en sí misma y hay muchas formas de encarar los problemas.

–¿Por ejemplo?

–El estudio topológico de una molécula: su forma en el espacio, ciertas conexiones específicas, según sea el tipo de enlace químico entre los átomos...

–Hablando de enlaces químicos, ¿qué fuerza es la que hace que dos átomos se atraigan?

–Los componentes esenciales de la materia son partículas con carga eléctrica, y lo que las liga es, por lo tanto, una fuerza eléctrica de tipo electroestático.

–¿Y de cuánto es esa fuerza? La que une a dos nucleones, en el núcleo, es impresionante: más o menos veinte kilos. ¿Cuál es la fuerza que une, por ejemplo, un átomo de hidrógeno con uno de carbono?

–10 o 20 kilocalorías por mol.

–¿Y no me lo puede decir en gramos?

–No, son unidades de energía.

–Bueno, más allá de las cifras, lo que usted me decía es que ahora la búsqueda de principios está relacionada con la forma de las moléculas y el tipo de uniones.

–Claro, porque hay distintos tipos de interacciones: débiles, medianas, fuertes. La ligadura de puente hidrógeno, por ejemplo, entra dentro de la categoría de uniones débiles que tiene su importancia porque en ciertos agregados moleculares la suma de muchas pequeñas cantidades hace una cantidad importante.

–Las cadenas de ADN, por ejemplo, están unidas por puentes hidrógeno.

–Ese es un ejemplo de química supramolecular donde las uniones débiles le dan gran fortaleza a la molécula por existir muchísimas veces.

Informe: Nicolás Olszevicki.

DIALOGO CON EDUARDO CASTRO

Viajeros de la química teórica

Además de la siempre necesaria práctica experimental, la química, como el resto de las ciencias, se apoya en la elaboración de modelos e hipótesis que se insertan en el inagotable campo de la teoría.