Du tror kanskje at kjemikere bare kan eksperimentere på laboratoriet? Pipetter og bunsenbrennere er slett ikke nødvendige for å utforske kjemiens verden lenger.
I dag bruker kjemikere verdens kraftigste datamaskiner til det man før bare kunne gjøre på lab – og mer til. Beregningsbasert kjemi har sitt opphav i kvantefysikken, men det har også utviklet seg beregningsmodeller som ikke er basert på kvanteteori.
Selv om det er en forholdsvis ung disiplin, inneholder flere og flere artikler som publiseres innen kjemi resultater fra databeregninger, både de som handler om nye legemidler og de som handler om forurensende gasser i atmosfæren.
Bare i løpet av de siste ti årene har antall forskningsprosjekter som bruker beregningskjemi mer enn doblet seg.
Tørre laboratorier gir spennende resultater
Resultater fra beregningskjemien har vakt oppsikt internasjonalt.
Et eksempel er fra 2012, da Kai Lange, Erik Tellgren, M. R. Hoffmann og Trygve Helgaker ved Senter for beregningsbasert og teoretisk kjemi ved Universitetet i Oslo, oppdaget en helt ny bindingstype – gjennom kun å regne på den.
Den nye bindingen kalles en paramagnetisk binding, og oppstår kun i ekstremt sterke magnetfelt. Slike magnetfelt er alt for sterke til at vi kan lage dem på jorda.
Det er med andre ord umulig å studere hvordan gasser oppfører seg under slike forhold – med mindre man bruker superdatamaskiner på et datalaboratorium, en virkelighet fjern fra de tradisjonelle "våte" kjemilab’ene.
Men de sterke magnetfeltene finnes rundt hvite dverger, altså relativt små og kalde stjerner. I nærheten av disse stjernene kan helium, som vi frem til 2012 trodde bare forekom naturlig som en énatomig gass, binde seg til andre heliumatomer i paramagnetiske bindinger.
Både for astrofysikere og kjemikere var dette sensasjonelle nyheter, og forskerne bak oppdagelsen har spøkefullt foreslått at lærebøkene i kjemi bør skrives om.
Regner på alt
Muligheten til å utforske astrokjemi eller kjemien i andre miljøer det er vanskelig eller umulig å simulere i eksperimenter er ikke den eneste muligheten beregningskjemi gir.
Selv grove beregninger på små molekyler bestående av under ti atomer kan ta oppimot en time, men til tross for at beregningene kan være tidkrevende er de betydelig billigere enn eksperimentelle metoder.
Dette er særlig mye brukt når nye legemidler skal utvikles, men kan også brukes til å designe katalysatorer, for eksempel.
Forskning på utslipp fra dieselbiler bruker kvantekjemiske beregninger, mens forskning på hvordan kjemiske reaksjoner foregår inne i kroppen bruker en annen type beregningsmodeller, molekylmekanikk, fordi systemene er alt for store til at selv superdatamaskiner klarer å håndtere dem.
Når det kommer til beregningsbasert kjemi, er det kun regnekraften som setter grenser for hva det er mulig å utforske. Måten man forsker på kjemi på har endret seg radikalt i løpet av det siste halve århundret.
Kontakt:
Kari Anne Andersen er kjemistudent ved UiO og har tatt formidlingskurset MNKOM
https://koffeinikoppen.wordpress.com/2016/05/30/kjemikere-uten-laboratorier/
