Conceito de Química Computacional
A
química computacional é uma disciplina da química que aplica ferramentas
computacionais (i.e. software especializado) para estudar as
características e comportamento da matéria. Este software recorre a
métodos matemáticos para calcular propriedades como energia potencial,
energia livre, estruturas geométricas de equilíbrio e de estados de
transição, momento
dipolar, espectro vibracional, distribuição electrónica e carga. É
possível também simular o seu comportamento, p.e., a difusão de fármacos
na membrana celular, dissolução de sais em água, formação de cristais de
gelo, reacção entre dois ou mais reagentes, etc.
A
química computacional permite realizar um elevado volume de cálculos em
pouco tempo. Portanto, é extremamente valiosa para o desenvolvimento de
novos fármacos permitindo em poucas horas testar, de entre milhões de
moléculas, quais as que melhor se ajustam na cavidade de um receptor
celular, tarefa que seria impraticável no contexto laboratorial. É ainda
útil quando pretendemos estudar sistemas difíceis de reproduzir, como as
reacções de fusão que ocorrem no interior das estrelas, materiais muito
caros ou perigosos e estados de transição entre reacções químicas, que
têm uma duração temporal na escala nos nanosegundos. Além de tudo isto,
os métodos computacionais oferecem um estudo mais detalhado, ecológico e
económico do que o estudo laboratorial. No entanto, não
pretendem
substituir os ensaios laboratoriais, antes os complementam, por exemplo,
auxiliando na interpretação de espectros vibracionais obtidos em
laboratório.
A maior parte
destes cálculos e simulações baseiam-se na equação
de Schrödinger,
um modelo da física quântica que descreve, através de algoritmos
matemáticos, o comportamento dos electrões num sistema químico (p.e.
numa molécula). Os modelos quânticos são aqueles que representam a
realidade com maior exactidão e detalhe, no entanto são muito exigentes
em termos computacionais, isto é, um cálculo simples exige um elevado
número de operações matemáticas. Por esta razão os métodos quânticos,
quando aplicados a grandes sistemas, como uma hormona, requerem a
utilização de clusters de computadores. Mesmo tendo acesso a um
supercomputador, não é prático estudar sistemas gigantes, como proteínas
ou membranas celulares, utilizando apenas métodos quânticos. Nestes
casos recorre-se, total ou parcialmente, a métodos mais expeditos mas
menos exactos, como a mecânica
molecular,
baseada na física clássica, para descrever,total ou parcialmente, estes
sistemas.
Saber mais:
http://www.shodor.org/chemviz/overview/ccbasics.html
Cramer,
C., Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models.
2nd ed2004: Wiley.
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