Una Cronología de los avances históricos de la Química Computacional

El presente trabajo fue realizado desde el espacio académico de Química Computacional (QC) con el objetivo mismo de estudiar los avances más peculiares y predominantes en las diferentes épocas en relación al tema de QC, así permitir abarcar los componentes históricos y epistemológicos relativos a nuestra área disciplinar en química.

UNA CRONOLOGÍA DE LOS AVANCES HISTÓRICOS DE LA QUÍMICA COMPUTACIONAL UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA NACIONAL LICENCIATURA EN QUÍMICA REALIZADO POR: JULIÁN FELIPE LOZADA RINCÓN

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA NACIONAL ASIGNATURA: Química Computacional Grupo 2 ESTUDIANTE: Julián Felipe Lozada Rincón CÓD: 2017115031

QUÍMICA COMPUTACIONAL EVOLUCIÓN 1990 Max Planck

AÑO AUTOR

APORTE

Ecuación de la energía de la radiación emitida para la longitud de onda por un cuerpo negro caliente.

RESUMEN

JUSTIFICACIÓN

En 1900, Max Planck, para justificar el espectro de emisión de un cuerpo negro, enunció su hipótesis según la cual el contenido energético de un oscilador puede ser sólo un múltiplo entero de la magnitud hν, a la que se denomina cuanto de energía, y en donde f es la frecuencia de su vibración y h la constante de Planck igual a 6,62 · 10-34 Js. En realidad, los cuantos o unidades de radiación son tan pequeños que la radiación nos parece continua.

Fue Max Planck quien finalmente, basado en resultados experimentales muy finos para época, así como en trabajos teóricos por W. Wien y L. Boltzmann, abrió la puerta a un nuevo mundo, el mundo cuántico que confronta de manera fundamental al mundo clásico hasta entonces aceptado, y que requiere de manera forzosa no sólo de una desratización de la materia en forma de átomos y moléculas, sino de la radiación misma en forma de fotones.

Según la teoría clásica la intensidad de la radiación emitida por el cuerpo negro debe aumentar, según disminuye la longitud de onda, haciéndose infinita, comportamiento que carece de sentido físico. Para explicarlo Planck debe romper con la física clásica y suponer que el cuerpo negro emite radiación en forma de pequeños paquetes, llamados cuantos de energía. Estas entidades son las que

Bajo esta suposición, Planck llega a una ecuación que describe a la perfección las curvas de intensidad observadas.

El artículo investigado nos permite abordar un material de apoyo en la enseñanza experimental de la Física Cuántica, para el análisis de la ley de radiación de Planck. Para ello, se realizó la comparación y validación de la funcionalidad de las interfaces como herramienta de simulación, con datos existentes relacionados con la radiación absorben y emiten la radiación por medio de un espectral de un cuerpo negro en el rango proceso que es la esencia de la mecánica infrarrojo, visible y ultravioleta a diferentes cuántica, que a su vez es la teoría que nos explica temperaturas incrementa. (García, 2007). el comportamiento de nuestro Universo.

(Morantes, 2020)

García, A. F. (2007).

La radiación del cuerpo negro.

Física con ordenador.

Recuperado de: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/negro/radiacion/radiacion.htm Morantes, Z. (2020). Simulación de la radiación espectral de cuerpo negro a diferentes temperaturas. Dialnet. https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=2954310 1

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QUÍMICA COMPUTACIONAL EVOLUCIÓN 1913 AÑO RESUMEN JUSTIFICACIÓN Bohr en 1911 propuso, como parte de su modelo Está basado en la suposición clásica de que Niels Bohr AUTOR del átomo, que este solo podía estar en ciertas los electrones viajan en capas específicas, u “órbitas” o estados discretos y que la transición de uno de esos estados a otro iba acompañado de órbitas, alrededor del núcleo. Bohr explicó la emisión o absorción de radiación, también el espectro del hidrógeno en términos de cuantizada, dependiendo respectivamente si el electrones que absorben y emiten fotones estado inicial tenía mayor o menor energía que para cambiar niveles de energía, en donde el final; a su vez, la frecuencia de la radiación emitida o absorbida debería ser igual a la está la energía del fotón. diferencia de las energías de los estados El modelo de Bohr del átomo de hidrógeno involucrados en la transición, dividida entre la comenzó como el modelo planetario, pero él constante h que Planck había introducido en le agregó una suposición con respecto a los Aunque esta teoría fue finalmente afinada en los APORTE estudios de W. Heisenberg y E. Schrödinger electrones. Bohr sugería que quizás los dando lugar a lo que ahora conocemos como la electrones podrían orbitar el núcleo solo en mecánica cuántica, la esencia del intercambio de órbitas específicas o capas con un radio fijo. la energía entre la materia y la radiación Solo las capas con un radio dado por la electromagnética permanece tal cual como Bohr la señaló. Es este intercambio básico no sólo la ecuación siguiente estarían permitidas, y el razón del equilibrio radiación-materia, sino la electrón no podría existir entre estas capas. explicación de toda la radiación que observamos Al argumentos final, está realizándose una Aplica la cuantización de Planck al átomo de hidrógeno.

en el Universo.

Los modelos atómicos posteriores al modelo de Bohr hacen uso de ecuaciones cuya comprensión se encuentra bastante alejada del nivel de matemáticas de los alumnos de bachillerato o de los estudiantes universitarios de primer año.

limitación puede solventarse mediante el uso de sistemas de algebra computacional (CAS) que permiten la resolución de problemas matemáticos complejos. Estos programas están portados en multitud de plataformas y se encuentran disponibles para su descarga en SourceForge.

Academy, K. (2015). Modelo de Bohr del hidrógeno (artículo). Khan Academy. https://es.khanacademy.org/science/apchemistry/electronic-structure-of-atoms-ap/bohr-model-hydrogen-ap/a/bohrs-model-of-hydrogen García, A. F. (2007).

La radiación del cuerpo negro.

Física con ordenador.

Recuperado de: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/negro/radiacion/radiacion.htm 2

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QUÍMICA COMPUTACIONAL EVOLUCIÓN AÑO AUTOR

1917 Albert Einstein

RESUMEN

JUSTIFICACIÓN

La teoría electromagnética de la luz nos da resultados raros que son refrendados experimentalmente. Einstein propuso una teoría cuántica de la luz para resolver la “rareza”, y luego se dio cuenta de que la teoría de Planck hacía uso implícitamente de la teoría cuántica de la luz. Para 1906 Einstein había sugerido correctamente que los cambios de energía tenían lugar en un material oscilador cuántico, en saltos, que son múltiplos de hν. Einstein Nobel de física por su trabajo sobre el efecto fotoeléctrico. La luz empezó a salir desde la complementación del efecto fotoeléctrico por Einstein (1917) con su postulación de la naturaleza dual de los fotones al asignar una cantidad de movimiento a los mismos. Unos años después (De Broglie 1924) extendió ese modelo a las partículas materiales.

Adicionalmente fue presentado el espín por Samuel Goudsmit.

Desde la química computacional el estudio de Einstein y el fenómeno a partir de la hipótesis de Planck, llegó más lejos que el postulador de la teoría, al admitir que la energía luminosa emitida en forma de cuanta conserva esa forma discontinua durante su propagación y se absorbe de la misma manera. Según esta interpretación, la energía luminosa de frecuencia ν era transportada por corpúsculos de energía hν, a los que Einstein llamó cuantos de luz y que posteriormente se denominaría fotones. Esta

transformación se presenta por la equivalencia entre masa y energía también enunciada por Einstein. También sabemos que la luz modifica la velocidad del electrón.

Una substancia o un átomo deben absorber energía para perder electrones y emitir luz.

Por eso son los electrones y no los fotones Postuló la naturaleza dual de los fotones, al En personal, exponía cómo la energía de la las unidades que componen la luz. La asignar una cantidad de movimiento a los luz obedecía de la frecuencia (sometimiento afirmación que se hace que los fotones no mismos. observado en el efecto fotoeléctrico) y la son reales sino virtuales y que en realidad capacidad de la materia y la radiación son electrones está demostrada por el efecto electromagnética para permanecer fotoeléctrico pues una superficie sólida en equilibrio térmico. (Rodríguez y otros, emite electrones cuando se le irradia con radiación electromagnética. (Martínez y 2006).

Saavedra, 2017).

Rodríguez-Meza, M. A.; Cervantes-Cota, Jorge L. (2006) El efecto fotoeléctrico Ciencia Ergo Sum, vol. 13, núm. 3, pp. 303-311 Universidad Autónoma del Estado de México Toluca, México.

Martínez, R. E. y Saavedra, A. J. (2017). Química Computacional Una Revisión Histórica. [Tesis de Pregrado] Universidad Pedagógica Nacional, Bogotá D. C. Recuperado de: http://repository.pedagogica.edu.co/bitstream/handle/20.500.12209/9606/TE21275.pdf?sequence=1&isAllowed=y APORTE

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QUÍMICA COMPUTACIONAL EVOLUCIÓN AÑO AUTOR

1923 Niels Bohr

RESUMEN

JUSTIFICACIÓN

El modelo de átomo de Bohr utilizó la teoría cuántica y la constante de Planck. El modelo de Bohr establece que un átomo emite radiación electromagnética sólo cuando un electrón del átomo salta de un nivel cuántico a otro. Este El modelo contribuyó enormemente al desarrollo de la física atómica teórica.

Niels Bohr propuso un modelo atómico según el cual los electrones se agrupan alrededor del núcleo formando capas concéntricas de modo que cumplen unas condiciones determinadas.

Como las propiedades químicas de los elementos dependen en gran medida de la estructura electrónica, aquellos elementos que pertenecen a un mismo grupo habrían de tener una configuración electrónica similar. (Noval, 2019).

Según Niels Bohr, un electrón emitía o absorbía cantidades discretas de energía (cuantos) cuando pasaba de una órbita a otra.

Posteriormente realizó estudios para confirmar que en los elementos químicos con más de dos electrones, éstos se disponen en capas, siendo la más externa la que determinaba las propiedades químicas de la sustancia en cuestión.

Varias investigaciones, como el descubrimiento de los rayos X, del electrón y la naturaleza eléctrica de la materia, de la radiactividad, los conceptos de número atómico, el modelo nuclear del átomo y las APORTE contribuciones cuánticas de principios del siglo XX, han permitido conocer a fondo los fundamentos para la organización de la tabla periódica, dando lugar a predicciones Propone que la periodicidad en las lógicas de las variaciones en las propiedades propiedades de los elementos se podía explicar de los elementos químicos. Desde la química mediante la estructura electrónica del átomo computacional el estudio de la periodicidad ¨Tabla periódica electrónica. permite la estructuración de moleculas de acuerdo a sus densidades, y a su vez sus polaridades.

Martínez, R. E. y Saavedra, A. J. (2017). Química Computacional Una Revisión Histórica. [Tesis de Pregrado] Universidad Pedagógica Nacional, Bogotá D. C. Recuperado de: http://repository.pedagogica.edu.co/bitstream/handle/20.500.12209/9606/TE21275.pdf?sequence=1&isAllowed=y Noval, V. E. (2019). La periodicidad de los elementos y el desempeño de los materiales: un complemento para la comprensión de la tabla periódica. Scielo. https://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422019000200232 4

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QUÍMICA COMPUTACIONAL EVOLUCIÓN 1924 AÑO RESUMEN JUSTIFICACIÓN Samuel Goudsmit y Según Milner (2013) presenta una discusión, Gracias a los estudios realizados por AUTOR George Uhlenbeck que permite interpretar las propiedades Goudsmit y Uhlenbeck, se atribuyen intrínsecas del electrón, a partir del estudio investigaciones sobre los espectros mismos del spin, y a su vez, de los trabajos realizados de los elementos, que permitieron el avance por los estudiantes de postgrado Uhlenbeck y observacional y de diseño sobre la resonancia Goudsmit. Describen en su carta “Nature”, magnética, para el estudio mismo del que el concepto del electrón giratorio permite electrón. Por otro lado, las ecuaciones mantener el principio de acumulación descritas para los spines, se predijo la sucesiva de átomos, usado por Bohr en sus existencia del positrón, y así se desencadenó discursos sobre la relación entre espectros y los experimentos relacionados a la teoría de los elementos. El principio fue importante mayor precisión en física y la para una nueva interpretación del espectro electrodinámica cuántica. del hidrógeno. Esto permitió que los autores El estudio de los vectores cuánticos fue un investigaran artículos sobre los vectores acercamiento al modelamiento de las APORTE cuánticos L y S, en el acoplamiento atómico. estructuras químicas a partir del mismo Según Pais (1989) presenta en su artículo, hallazgo del spin. que estos dos autores, abarcaron el Las investigaciones relacionadas al espectro conocimiento e la estructura espectral del del hidrógeno y de RMN del mismo, Presentaron el espín que son técnicas átomo, a partir, de entender las formula permitieron obtener métodos de suma de para la determinación de la estructura química de las sustancias, a través de la estructural del hidrógeno derivado del estados empleando teorías funcionales de la Resonancia Magnética Nuclear (NMR) y tratamiento del spin de precisión. Esto densidad, con el fin de ilustrar las introdujo un correcto calculo en la reducción resonancias magnéticas nucleares. la Paramagnética Electrónica (EPR). de la velocidad angular del electrón; Actualmente, se utiliza la química interpretando y representando los niveles computacional para modelas densidad cuánticos por líneas, y calculando spines. molecular.

Pais, A. (1989). George Uhlenbeck and the discovery of electron spin. Physics Today, 1(1) p. 34-40. Recuperado de: https://www.lorentz.leidenuniv.nl/history/Einstein_archive/Rowdy_Boeyink_website/images/Uhlenbeck.pdf Milner, R. G. (2013). A short history of spin. XV th International Workshop on Polarized Sources, Targets, and Polarimetry, 1(20), p.

1-15. Recuperado de: https://arxiv.org/pdf/1311.5016.pdf Cortés, F., Cuevas, G., Tenorio, J., y Rochín, A. L. (2000). Asignación inequívoca de las señales del espectro de resonancia magnética nuclear de 1H y 13C de monoterpenos empleando métodos computacionales. Revista Sociedad Química, 40(1), p. 7-10. Recuperado de: http://www.scielo.org.mx/pdf/rsqm/v44n1/v44n1a6.pdf 5

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QUÍMICA COMPUTACIONAL EVOLUCIÓN AÑO AUTOR

1925 Werner Heisenberg

RESUMEN JUSTIFICACIÓN Heisenberg hacia el año 1925 comienza a El planteamiento matemático permitió desarrollar un sistema de mecánica cuántica, acercarse decir que los electrones se el cual denomina mecánica matricial, a partir encuentran en determinadas regiones de las explicaciones matemáticas del denominadas orbitales, que actualmente se momento. Este planteamiento se basaba en estudian desde la química computacional, las frecuencias y amplitudes de las para poder fotografiarlos, y así permitir radiaciones adsorbidas y emitidas por el visualizar dichos planteamientos. Se habla de átomo. la probabilidad de localizar un electrón, El desarrollo de la moderna mecánica desde la mecánica cuántica, más no de cuántica se inició en el verano de 1925 (Cid, conocer su posición clara.

2017). Heisenberg coincidió en la idea de Por otro lado, la finalidad de utilizar cantidades físicas en conjuntos de números magnitudes observables, para expresar las APORTE complejos, como anteriormente se dijo, por pretensiones de la mecánica cuántica llevo a medio de matrices. Por otro lado, para dicha la simulación y experimentación. Su aporte, década, Heisenberg usando el famoso permite la facilidad actualmente del cálculo Desarrollo una ecuación llamada experimento de pensamiento del microscopio computacional, y de codificación.

Schrödinger la cual explica el espectro de de rayos-γ Heisenberg derivó la relación del Se puede resaltar, los 11 artículos científicos los sistemas hidrogenoides y por tanto la momento o posición de una partícula. publicados por Heisenberg, que desempeñan cuantización de la materia.

(Martínez y Saavedra, 2017). El argumenta un papel importante en la interpretación de la que se puede hablar de la probabilidad de que matemática aplicada y en la dinámica este una partícula en un lugar. computacional.

Cid, T. J. (2017). El viraje epistemológico de Werner Heisenberg. Naturaleza y Libertad, 8(1), pp 35-50. Recuperado de: https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/6074277.pdf Garritz, A. (2014). Historia de la Química Cuántica. Educación Química, 25(1), pp. 170-175. Recuperado de: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0187893X14705555 Martínez, R. E. y Saavedra, A. J. (2017). Química Computacional Una Revisión Histórica. [Tesis de Pregrado] Universidad Pedagógica Nacional, Bogotá D. C. Recuperado de: http://repository.pedagogica.edu.co/bitstream/handle/20.500.12209/9606/TE21275.pdf?sequence=1&isAllowed=y 6

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QUÍMICA COMPUTACIONAL EVOLUCIÓN 1927 RESUMEN Walter Heitler y Fritz Los autores comienzan hablando sobre la London interacción entre átomos neutros y los enlaces homopolares acordes a la mecánica cuántica. Generan y desarrollan la teoría general del enlace valencia, en donde los enlaces son localizados y los electrones más lejanos son los enlazantes. (Martínez y Saavedra, 2017) Por otra parte, Heitler y London presentan la molécula de hidrógeno, basándose en la mecánica cuántica, está permitió la interpretación de la teoría de enlace de APORTE valencia. Fueron colaboradores en la solución de la ecuación de Schrödinger para el hidrógeno diatómico.

Concluyeron también que la inclusión de Presentaron un primer método de cálculo términos iónicos en la función de onda mecánico cuántico de las moléculas, que conduciría a mejores resultados. (Garritz, desde entonces lleva el nombre de unión- 2014) valencia o enlace-valencia.

Demostraron que las interacciones Coulómbicas no son las principales responsables de la formación del enlace (Almeida, 2009) AÑO AUTOR

JUSTIFICACIÓN La teoría de enlace de valencia y los argumentos correlacionados al cálculo mecánico cuántico de las moleculas, permite integran a la Química Computacional la explicación de enlaces y de la formación de compuestos simples. Así mismo, el estudio de estructuras atómicas mediante la modelación, dentro de los métodos semiempíricos.

Por otra parte, se integra conceptos y definiciones de iónicos, covalentes, los cuales se encuentran relacionados con el solapamiento, es decir la interacción y el enlace.

Los estudios de energías e interacción son posibles mediante las ecuaciones desarrolladas por ellos. Las interacciones juegan un papel en la estabilización del sistema, en la cual participa la energía de intercambio.

Almeida, Rafael. (2009). La mecánica cuántica y la descripción del enlace químico. Avances en Química, 4(2). Pp 83-90. Recuperado de: https://www.redalyc.org/pdf/933/93313204005.pdf Garritz, A. (2014). Historia de la Química Cuántica. Educación Química, 25(1), pp. 170-175. Recuperado de: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0187893X14705555 Martínez, R. E. y Saavedra, A. J. (2017). Química Computacional Una Revisión Histórica. [Tesis de Pregrado] Universidad Pedagógica Nacional, Bogotá D. C. Recuperado de: http://repository.pedagogica.edu.co/bitstream/handle/20.500.12209/9606/TE21275.pdf?sequence=1&isAllowed=y 7

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1928 Douglas Hartree

RESUMEN Propone según Almeida (2009), el problema electrónico es tratado bajo una teoría de campo medio, donde cada electrón se considera interactuando con el campo promedio debido al resto de los (N-1) electrones.

Esta propuesta permitió hablar de N problemas, más no de N cuerpos, lo que aplica desde el punto de vista matemático.

Se utiliza un método variacional junto con la función de partida poli electrónica constituida como la determinante de Slater.

(Mó y Yáñez, 2011). El teorema variacional es otro aparte de el a las funciones variacional lineales, considerándose la función aproximada  que se expresa como una combinación lineal de una base de funciones

JUSTIFICACIÓN Puedo resaltar lo que dicho autor diría hacía 1946 sobre un aporte a la química computacional, “Bien puede ser que la computadora digital de alta velocidad tendrá una gran influencia en la civilización como el advenimiento de la energía nuclear”. Para dicha época, pensar en los avances tecnológicos no era del todo común, pero Douglas se acercó a los estudios de la física nuclear y la simulación de choques de partículas.

APORTE Actualmente, se habla de la magnitud de energía, cuyo nombre es el Hartree, el valor de dicha magnitud sería 4,35975 E-18 J. Resolvió la ecuación de Schrödinger a Finalmente, al desarrollar el método Hartreetravés de la combinación lineal de Fock, se agrega a las definiciones orbitales atómicos en la aproximación de matemáticas cálculos de la integral de electrones independientes.

Coulomb y de intercambio, que corresponderá a una consecuencia anti simétrica de la función de prueba usada.

Almeida, Rafael. (2009). La mecánica cuántica y la descripción del enlace químico. Avances en Química, 4(2). Pp 83-90. Recuperado de: https://www.redalyc.org/pdf/933/93313204005.pdf Mó, O., y Yáñez, M. (2011). La química computacional en la nueva frontera. ARBOR Ciencia, Pensamiento y Cultura, pp. 143-155.

Recuperado de: https://www.researchgate.net/publication/49941697_La_quimica_computacional_en_la_nueva_frontera

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1930 Egil Hylleraas

RESUMEN Se considera a Egil Hylleraas un pionero de la mecánica cuántica computacional. Ayudó a marcar el comienzo de esta era de la computación científica, mediante la realización de cálculos precisos en el átomo de helio. Por otra parte, predijo la estabilidad del anión hidrógeno, el cuál fue detectado en la atmosfera. Más adelante, realizó el primer cálculo de la energía cohesiva de un cristal molecular.

Estos experimentos aportan en los inicios de la mecánica cuántica computacional. Según APORTE Garritz (2014) Egil da inicio a la mecánica Resuelve la ecuación de Schrödinger para ondulatoria, a partir de los cálculos de helio. el átomo de He, describiendo cada electrón por una función (orbital) que no depende explícitamente del movimiento instantáneo del otro electrón.

Garritz, A. (2014). Historia de la Química Cuántica. Educación Química, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0187893X14705555

JUSTIFICACIÓN Permitió la base de los cálculos modernos de alta precisión en sistemas moleculares.

También, su trabajo en química computacional para calcular sistemas químicos complejos.

Por otro lado, laos cálculos teóricos tienen mejor en cuenta la correlación explicita entre electrones, al incluir (u) como variable de la función de la onda, dentro del método ondulatorio. Está sería superior a un cálculo computacional implementado actualmente.

25(1), pp. 170-175. Recuperado de:

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1931 Clemens Roothaan

RESUMEN JUSTIFICACIÓN El método de Hartree-Fock era la primera Permitió los avances de la informática que herramienta que permitía explorar el sistema facilitarían en la computacional las periódico (Mó y Yáñez, 2011). Clemens representaciones de las complicadas permite dar un paso decisivo en la solución ecuaciones de onda resultantes. Se utilizan de las limitaciones que experimentaba el tablas de integrales para los cálculos en los método con referencia hacia las estructuras ordenadores. (Martínez y Saavedra, 2017) electrónicas de los sistemas más allá del Por otro lado, Clemens desarrollo de la teoría hidrógeno, donde lo electrones de campo auto consistente de la estructura experimentarían el campo colombiano molecular. Esto permite hablar de estructuras creado por más de un núcleo. Él propone simuladas y modeladas. expandir los orbitales de Hartree-Fock con la Las ecuaciones de Roothaan son una APORTE combinación lineal de la función. representación de la ecuación de Hartre-Fock Está función aborda parámetros desde bases conjuntas de tipo Gaussiano o de variacionales que pueden determinarse con tipo Slater. Se aplica a átomos o moléculas de un mínimo de energía en condiciones capa cerrada donde todos los orbitales Logró el estudio de los electrones pi, con ambiente. moleculares u orbitales atómicos. el método de Hückel Finalmente, las ecuaciones de Roothaan-Hall tienen forma matricial. Por tanto, pueden resolverse mediante técnicas estándar.

Martínez, R. E. y Saavedra, A. J. (2017). Química Computacional Una Revisión Histórica. [Tesis de Pregrado] Universidad Pedagógica Nacional, Bogotá D. C. Recuperado de: http://repository.pedagogica.edu.co/bitstream/handle/20.500.12209/9606/TE21275.pdf?sequence=1&isAllowed=y Mó, O., Yáñez, M. (2011). La Química Cuántica o la larga travesía del desierto. La Gaceta de la RSME, 14(2), pp. 229-246.

Recuperado de: https://gaceta.rsme.es/abrir.php?id=994

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1932 Linus Pauling

RESUMEN JUSTIFICACIÓN La escala de Pauling con referencia a la Las aproximaciones al estudio matemático y electronegatividad de elementos, permite una físico para la determinación de orbitales sp, estimación del carácter iónico, la medición sp2, sp3, dsp2, y d2sp3. Estos estudios de las longitudes de los enlaces químicos y la permiten predecir los solapamientos valoración de sus energías de disociación. enlazantes de orbitales atómicos, y así (Salas-Banuet y et all., 2010). Por otra parte, modelarlos y simularlos, para estudiar los explicó que los valores delta observados con mecanismos de reacción. referencia a las electronegatividades de sus La química del enlace y su referente escrito átomos ejemplos, sugerían una posibilidad de en la journal, se convierte hoy en día un de asignar posiciones, e función del grado de los frutos de la mecánica cuántica con separación lineal de los lugares geométricos relación a las estructuras químicas, y sus de los dos átomos en la escala. representaciones tridimensionales. Al igual, APORTE Para dicho años, publica en “Proceedings of se aporta los estudios para la enseñanza de the National Academy of Sciences” el tema modelos que implemente las escalas de relacionado con la aditivita de las energías de electronegatividades desarrolladas por los enlaces covalentes normales.

También, Pauling para dicho año.

Imprimió el libro donde plasmó todas sus basó sus estudios a la química de los enlaces Más tarde en 1954, recibe el permio nobel aportaciones sobre el enlace químico. químicos, mediante estudios anteriormente por sus elucidaciones en la estructura de nombrados, referentes a las relativas sustancias complejas. (Domínguez y electronegatividades de átomos.

Bedolla, 2014).

Salas-Banuet, Guillermo, Ramírez-Vieyra, José, & Noguez-Amaya, Ma. Eugenia. (2011). La incomprendida electronegatividad (trilogía): Parte I. El pensamiento en la electronegatividad cualitativa. Educación química, 22(1), 38-44. Recuperado de: http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-893X2011000100007&lng=es&tlng=es Domínguez, Laura, & Bedolla, Carlos Amador. (2014). El Premio Nobel de Química 2013 para Químicos Computacionales.

Educación química, 25(1), 82-85.

Recuperado en 01 de octubre de 2020, de http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-893X2014000100013&lng=es&tlng=es 11

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QUÍMICA COMPUTACIONAL EVOLUCIÓN AÑO AUTOR

1933 Paul Adrien Dirac

RESUMEN Se desarrolla la ecuación Dirac-Pascual, permite la generación de un cuarto parámetro cuántico, denominado S, a pate de los ya conocidos N, L, y M. Describe las partículas elementales de espín ½ como el electrón.

El modelo descrito también se llamada el modelo cuántico, uno de los logros que este autor conlleva es dar cuenta del espín, y que la ecuación predice la existencia de antimateria.

Por otro motivo, una falla o consecuencia con los descubrimientos de la ecuación de DiracPascual, es la medición de ciertos parámetros dentro del principio de incertidumbre, no fueron tomados en cuenta. (QuimicaPedia, 2008)

JUSTIFICACIÓN Se basa para la generación de modelos multiescalar de sistemas químicos complejos en ordenadores, a parte de los estudios de Bohr, Planck, Heisenberg y Dirac. Uno de los programas interaccionales y de tratamiento de moléculas, fue por Jhon Pople más adelante, él se basó de los estudios respectivos de Dirac para el primer programa de cálculos de datos llamado Gaussian-70.

Los aportes de Dirac son utilizados en la teoría funcional de la densidad, como modelo de la química computacional, para la descripción de propiedades y estructuras APORTE electrónicas de sistemas atómicos y moleculares. (Camarillo-Salazar y et all., Realizo la ecuación relativista y la 2018) propuesta de la existencia de las El anterior argumento, se refleja en la antipartículas (como el posi-trón), cuyo aplicación de la densidad por computación descubrimiento lo llevó a alcanzar el para estudios de nanoalambres de Nitruro de Premio Nobel de Física.

Boro.

QuimicaPedia (2008).

Modelo Atómico de Dirac-Jordán.

Modelos Atómicos.

Recuperado de: https://sites.google.com/site/cinthyalizbethhdz18/quimica/modelo-atomico-de-dirac-jordan Camarillo-Salazar, E., Romero-De la Cruz, T., y Martínez-Luevanos, A. (2018). Teoría Funcional de la Densidad Aplicada en Nanoalambres de BN. Journal of BioProcess and Chemical Technology, 19(19), pp. 1-4. Recuperado de: http://www.biochemtech.uadec.mx/Articulos/No.19/densidad.pdf

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QUÍMICA COMPUTACIONAL EVOLUCIÓN AÑO AUTOR

1939 Linus Pauling

RESUMEN JUSTIFICACIÓN Pauling propuso la Teoría de Enlace de Concibió la noción de electronegatividad.

Valencia (TEV) como una teoría más Utilizando diversas propiedades de las química e intuitiva que la alternativa Teoría moléculas, especialmente su momento de Orbitales Moleculares (TOM) para dipolar y la energía necesaria para romper explicar el enlace y la estructura molecular. los enlaces, estableció la escala de Pauling, Debido que la TOM es más fácilmente útil para la predicción de la naturaleza de los implantable en un programa computacional enlaces químicos. La escala asigna un valor que la TEV, aquella se desarrolló más que de electronegatividad a la mayoría de los esta. elementos químicos. Este valor, es una En los años 1940s, Pauling creó el área de la medida de la fuerza con que los átomos de medicina molecular al proponer que la una molécula se atraen entre sí. Ese mismo APORTE anemia falciforme estaba causada por la año, Pauling publicó el que es considerado mutación de un único aminoácido de los 457 su artículo más importante, en el cual que forman la cadena monomérica de desarrolla el novedoso concepto de hemoglobina. hibridación de los orbitales atómicos, y Se establece un enlace químico entre dos realiza un análisis del carácter tetravalente Imprimió el libro donde plasmó todas sus átomos o grupos de átomos cuando las del carbono. fuerzas que actúan entre ellos son de índole Para la química computacional la concesión aportaciones sobre el enlace químico. tal que conducen a la formación de un de la ecuación de Schrödinger no puede agregado con suficiente estabilidad, que es resolverse exactamente para sistemas de más conveniente para el químico considerarlo de un electrón, surgieron dos métodos como una especie molecular independiente. aproximados generales para tratar el enlace (San Fabián, 2020) químico Garritz, A. (2014). Historia de la Química Cuántica. Educación Química, 25(1), pp. 170-175. Recuperado de: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0187893X14705555 San Fabián, M. E. (2020). Química Computacional. [Trabajo de Investigación]. Universidad de Alicante, España. Recuperado de: https://web.ua.es/cuantica/docencia/pdf/QC.pdf 13

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1949 J. D. Bernal

RESUMEN JUSTIFICACIÓN Fue conocido porque en 1934 capto mediante Los modelos teóricos formulados por Bernal primera fotografías de rayos X, cristales permitieron ejercer estudios sobre la papel proteicos, esto junto a Hodgkin. Este estudio catalítico de determinados aluminosilicatos permitió un avance en la química estructural en la formación de enlaces peptídicos, que de proteínas. gracias a la química computacional, nos En dicho año publica su obra titulada “The permite modelar este comportamiento, y Freedom of Necessitary”. Esto como quizás en un futuro no muy lejano seamos resultado del trabajo después de la segunda capaces de establecer con cierta certidumbre guerra mundial. el mecanismo detrás del origen de la vida.

Por otro lado, según Sodupe y otros (2011) la (Mó y Yáñez, 2011). investigación sobre superficies podrían haber Actualmente, la determinación de estructuras jugado un papel clave en la síntesis de los de los cristales proteicos implica la APORTE biopolímeros ya que, por un lado, formación de proteínas originales y de proporcionan centros de adsorción que derivados isomorfos de los átomos pesados permiten inmovilizar, proteger y concentrar de proteínas. Se estudian dichas proteínas los biomonómeros y, por otro, presentan para la adición a insecticida de un Sugirió que las superficies minerales en la centros activos que podrían catalizar la aislamiento nativo de Bacilus thuringiensis. naturaleza pueden adsorber e inmovilizar reacción de condensación.

Luego de 50 años de las investigaciones pequeñas moléculas bioquímicas y así Según una hipótesis propuesta por Bernal, los sobre superficies realizada por Bernal, se catalizar su condensación. biopolímeros formados podría protegerlos de crean grupos de investigación sobre la la hidrólisis. Por tanto, se requerían estudios promoción en la formación de biopolímeros, teóricos de superficies, y a su vez sobre el y de procesos prebióticos. enlace peptídico.

Mó, O., y Yáñez, M. (2011). La química computacional en la nueva frontera. ARBOR Ciencia, Pensamiento y Cultura, pp. 143-155.

Recuperado de: https://www.researchgate.net/publication/49941697_La_quimica_computacional_en_la_nueva_frontera Sodupe, Mariona., Rimola, Albert., y Ugliengo, Priero. (2011). Absorción y polimerización de aminoácidos en superficies de minerales. Simulación computacional de procesos prebióticos. Revista Análisis Químico, 107(2), pp. 137-143. Recuperado de: https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/3674468.pdf 14

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1953 RESUMEN Robert. G Parr y Fue uno de los famosos desarrolladores Dupont experimentales de la química teórica y computacional en la segunda mitad del siglo XX y primeros años del siglo XXI. Desarrolló junto a Pariser y Pople, el método semiempírico PPP, para la química teóricoexperimental. Este método trata con los electrones pi, con lo que construye un

y

JUSTIFICACIÓN Actualmente los estudios realizados por Parr, permiten una evaluación teórica de la reactividad química, como parte de la funciones de las densidades teóricas de los átomos y moleculas.

A partir de Pole, se implementó el método semiempírico en los cálculos gaussianos, para el primer procesamiento de moleculas en computadoras.

Por otro lado, el profesor Robert G. Parr en un heroico trabajo sobre la predicción de los primeros estados excitados de la molécula de benceno.

Finalmente, se establece el método para conocer la energía del estado basal. Tiene enormes implicaciones conceptuales y prácticas, tanto en la estructura electrónica de la materia como, en general, en la Mecánica Cuántica de muchos cuerpos.

busca una función . (Parr y Yang, 1989).

Por otro lado, según lo que nos describe San APORTE Fabián (2020), este método que tienen en común la aproximación ZDO (Zero Differenctial Overlap- Solapamiento nulo), y que son aplicables a cualquier sistema molecular, y no solo las moléculas Publicaron un método para calcular conjugadas planas. moléculas con sistemas de electrones pi. Por otra parte, Robert G. Parr trabajó con el químico de Dupont Rudolph Pariser y publicaron también en 1953 un método para calcular moléculas con sistemas de electrones pi. (Garritz, 2014).

R. G. Parr y W. Yang, Density-Functional Theory of Atoms and Molecules (Oxford University Press, New York, 1989).

Garritz, A. (2014). Historia de la Química Cuántica. Educación Química, 25(1), pp. 170-175. Recuperado de: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0187893X14705555 15

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1956 Hartree-Fock

APORTE El primer Cálculo sobre moléculas diatónicas, en el MIT usando un conjunto de funciones de base del tipo orbitales de Slater.

RESUMEN El tipo más simple de cálculo de estructura electrónica ab initio es el método de HartreeFock (HF), una extensión de la teoría de orbitales moleculares, en la cual la correlación electrónica, correspondiente a la repulsión electrón-electrón, no es tomada en cuenta en forma instantánea, sino que su efecto promedio es incluido en los cálculos.

Por otro lado, se introduce los términos de intercambio, o la consideración de las funciones anti simétricas, dando lugar al método Hartree-Fock.

Por otro lado, en la función de onda es un determinante de Slater, y en el que el cálculo de dicha función de onda implica la evaluación de las integrales mono y bielectrónicas. (San Fabián, 2020)

JUSTIFICACIÓN El estudio de moléculas diatómicas configura las investigaciones en sistemas de coordenadas cartesianas, internas y de simétrica con respecto a construcciones d enlaces moleculares.

Actualmente, podemos tener una aproximación al operador de Fock (Fˆ) y la energía Hartree-Fock, se pueden escribir en función de la matriz de densidad de primer orden de un determinante de Slater.

Una forma de aplicación del Método HF, es construir un conjunto de determinantes haciendo sustituciones en el Determinante de más baja energía o de referencia, siendo las sustituciones, las excitaciones de electrones de un orbital a otro. Permitiendo estudiar los espines y orbitales computacionalmente.

(San Fabián, 2020)

Garritz, A. (2014). Historia de la Química Cuántica. Educación Química, 25(1), pp. 170-175. Recuperado de: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0187893X14705555 San Fabián, M. E. (2020). Química Computacional. [Trabajo de Investigación]. Universidad de Alicante, España. Recuperado de: https://web.ua.es/cuantica/docencia/pdf/QC.pdf

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1960 Foster y Boys

RESUMEN Boys introdujo las funciones de base GTO, que tienen una propiedad que permite unos interesantes cálculos moleculares. El producto de dos funciones GTO centradas en dos puntos del espacio diferentes (A y B), se puede reducir a una combinación lineal de GTO’s centradas en un punto del segmento que une A y B. (San Fabián, 2020). Estas funciones permiten hacer integrales moleculares.

JUSTIFICACIÓN Actualmente, tenemos el método Boys y Barnardy, llamado “Counterpoise method”, el cual permite realizar cálculos de los átomos con la base competa de la molécula.

Este método se puede obtener en el presente enlace: y http://www.gaussian.com/g tech/g ur/k counterpoise.htm

Los cálculos ab initio dan una aproximación principal al campo central computacional.

Este método no incluye las repulsiones Se realizaron avances con respecto a los Coulómbicas electrón-electrón en el cálculo. cálculos de interacción de configuraciones Por otra parte, ab initio fue el método de realizadas en Cambridge en el computador Hartree-Fock sobre moléculas diatómicas.

EDSAC, usando funciones gaussianas.

APORTE Publican los primeros cálculos ab initio sobre este sistema en el que concluyen Por otro lado, Foster y Boys dan inicio a los que el metileno es angular (129º) en su cálculos de ab initio. (Mó y Yáñez, 2011) estado fundamental 3B1.

San Fabián, M. E. (2020). Química Computacional. [Trabajo de Investigación]. Universidad de Alicante, España. Recuperado de: https://web.ua.es/cuantica/docencia/pdf/QC.pdf Mó, O., y Yáñez, M. (2011). La química computacional en la nueva frontera. ARBOR Ciencia, Pensamiento y Cultura, pp. 143-155.

Recuperado de: https://www.researchgate.net/publication/49941697_La_quimica_computacional_en_la_nueva_frontera

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1961 Gerhard Herzberg

APORTE

RESUMEN Gerhard era conocido por sus ideas en la estructura electrónica de las moléculas diatómicas.

Herzberg y Mulliken establecieron una estrecha amistad y colaboración científica –aunque de forma independiente, no llegaron a publicar juntos.

Herzberg desarrolló un instituto de espectroscopia en Ottawa, con especial énfasis en astrofísica. (Del Valle, 2017).

JUSTIFICACIÓN La espectroscopia nos permite tener a la mano la mayor parte de la información sobre los niveles energéticos en átomos y moléculas. La presente información se obtiene mediante los estudios de absorción y emisión de radiación electromagnética por parte de la materia.

Para el año 1961, publica la lectura del espectro del radical metileno, está contribución permitió un amplio estudio de compuestos orgánicos.

Los estudios destinados a la espectroscopia permitieron decir que una molécula tiene diferentes tipos de enlaces e inclusive un mismo enlace puede presentar diferentes Tras el análisis del espectro electrónico estados o modos de vibración. El tijereteo y del CH2, que el estado fundamental el estiramiento en una molécula trimolecular. triplete es lineal.

Por consiguiente, cada modo emitirá un fotón diferente lo que da como consecuencia un abanico de longitudes de onda (λe), todas mayores a la longitud de onda del láser usado. (Herzberg, 1991).

Del Valle, J. C. (2017). S. Ramón Y Cajal, R. S. Mulliken, G. Herzberg Y Sus Tónicos De La Voluntad. [Proyecto de Investigación].

Universidad Autónoma de Madrid, España.

Recuperado de: https://repositorio.uam.es/bitstream/handle/10486/678650/EM_48_1.pdf?sequence=1&isAllowed=y Herzberg G. (1991). Molecular spectra and molecular structure. Infrared and Raman spectra of polyatomic molecules, Krieger, Malabar, Florida, Vol. 2. 239 p 18

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1962 Carl Ballhausen

RESUMEN JUSTIFICACIÓN Aporta a la química los estudios relacionados La esfero proteínas es posibles modelar en con el potencial octaédrico tiene asociado el software computacionales, pero debemos siguiente operador equivalente: recordar que el estudio de las mismas se debe a la disposición de los campos ligantes,

mediante los métodos matemáticos, para En sus proposiciones cada geometría predecir las estructuras geométricas molecular tiene sus orbitales moleculares, por lo tanto el enlace σ dependerá de si moleculares de los componentes químicos, y tenemos un grupo puntual octaédrico (OH), así permitir el desarrollo de la modelación. tetraédrico (Td), etc.

Seguido a esto, los orbitales moleculares Dentro de los avances de Ballhausen se APORTE creados por coordinación en el complejo designa el término fundamental del ión Co octaédrico pueden verse como resultantes de la donación de dos electrones por cada uno (II) en estos sistemas posee un momento de los seis ligandos dadores σ a los orbitales angular orbital L = 3 y un momento angular d vacíos del metal.

Se muestran las síntesis de primeros de spin total S = 3/2, y se designa con la Desarrollo la teoría del campo de ligantes. compuestos de gases nobles. Se realizaron nomenclatura 4F. ((Ballhausen 1962; estudios con proteínas (esfero proteínas) Los estudios 1962 se basó en química orgánica. Abragam y Bleaney 1970; Kahn 1993) Se desarrolló la teoría del campo ligando, permitió los avances de complejos inorgánicos. Estudio de carbonaciones Abragam, A. y Bleaney, B. (1970) Electron Paramagnetic Resonance of Transition Ions. Clarendon Press, Oxford.

Ballhausen, C. J. (1962) Introduction to Ligand Field Theory. McGraw-Hill, Nueva York.

Kahn, O. (1993) Molecular Magnetism. VCH Publishers, New York.

Mohammed Amin M. Sharaf, M. A. M. S. (2011). https://www.kau.edu.sa/Files/320/Researches/60264_31074.pdf. Journal of king Abdul-Aziz university earth sciences, 22(2), 185-201. https://doi.org/10.4197/ear.22-2.8 19

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QUÍMICA COMPUTACIONAL EVOLUCIÓN 1965 John Pople

AÑO AUTOR

RESUMEN Fue uno de los grandes desarrolladores de la química y codificación de la misma mediante la estructura electrónica molecular. John Pople y Nicholas Handy, implementaron el método de KS en sus programas. La revolución en la teoría de estructura electrónica había comenzado y nada la detendría. Su primera contribución fue una teoría de los cálculos aproximados de los orbitales moleculares sobre sistemas de enlace pi.

APORTE Complemento el método (se le conoció como PPP, por Pariser-Parr-Pople) y presentarlo como CNDO (de cero traslape diferencial). Fue coordinador del programa Gaussian, para el cálculo de moléculas con bases de funciones de gran calidad.

Se le otorga en 1998 premio nobel de química por haber desarrollado métodos que nos permiten calcular la estructura electrónica molecular tanto por el camino de la función de onda como por el de la densidad electrónica (Pople es el padre del conocido programa Gaussian). (Vela, 2016).

JUSTIFICACIÓN Kohn y Pople fueron las dos más prominentes figuras en el enorme desarrollo teórico y computacional, puesto que proporcionaron un fuerte impulso al avance de la química cuántica.

Pople fue de los primeros en probar su potencial permitiendo predicciones útiles de propiedades moleculares.

Para determinar el número de funciones de base utilizadas en un cálculo estructural del C2H2 si se utiliza una base de Pople, esto relacionado con la química computacional y el uso de las gamas de software de modelado.

A través de este tipo de métodos se desarrolló la llamada química computacional, que permite investigar las propiedades de las moléculas en los procesos químicos

Vela, Alberto. (2016). Logros y perspectivas de la Química Teórica. Educación Química, 27(4), pp. 278-285. Recuperado de: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0187893X16300349 López Castañares, Rafael; Rojas Pedral, Mercedes; Olea Cardoso, Óscar. (1999). La química cuántica y el permio Nobel 1998.

Ciencia Ergo Sum, 6(2). Recuperado de: https://www.redalyc.org/pdf/104/10401515.pdf

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1968 Robert Parr

RESUMEN Otra idea genial de Parr fue la “Teoría de Funcionales de la Densidad”, concebida hacia 1968 y puesta en práctica junto a Weitao Yang and Chengteh Lee en 1988, uno de los artículos más citados en la literatura de la química teórica.

JUSTIFICACIÓN Los métodos tradicionales dentro de las teorías de la estructura electrónica de la materia, en particular la teoría de HartreeFock y los derivados de este formalismo, se basan en una función de onda multielectrónica.

Se propuso la teoría de funcionales de la densidad con un modelado de física cuántica, estudiando el estado fundamental de sistemas de varios cuerpos también estableció un método computacional más simple lo cual hizo grandes estudios a moleculas y el estudio de reacciones enzimáticas. Esta justificación fue desarrollada para la exposición de la década de los sesenta, ya que concluye el evento de la teoría de funcionalidades de la densidad.

Se dispone en la aplicación de sistemas electrónicos, como un procedimiento variacional alternativo a la solución de la ecuación de Schrödinger, donde el funcional de la energía electrónica es minimizado con respecto a la densidad electrónica. Su teoría APORTE es uno de los métodos más utilizados en los cálculos cuánticos de la estructura electrónica de la materia, tanto en la física de la materia condensada como en la química cuántica. Usando esta teoría, las propiedades de un sistema de muchos electrones se Propuso la teoría de Funcionales de la pueden determinar usando funcionales, es Densidad. decir, funciones de otra función, que en este caso es la densidad de electrones espacialmente dependiente. (Gonzales, 2007) R. G. Parr y W. Yang, Density-Functional Theory of Atoms and Molecules (Oxford University Press, New York, 1989).

Garritz, A. (2014). Historia de la Química Cuántica. Educación Química, 25(1), pp. 170-175. Recuperado de: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0187893X14705555 Gonzales, M. (2007).

IntroducciÃ3n a la química computacional https://www.mariogonzalez.es/blog/ciencia/131028-introduccion_a_la_quimica_computacional.html

mariogonzalez.es.

SCSI.

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1969 Harrison y Allen

RESUMEN Se publica un segundo estudio experimental, esta vez usando técnicas de resonancia de espín electrónico (ESR), que concluyen que el CH2 atrapado en Xenón a 4.2 K es angular.

Tres meses más tarde un segundo artículo de Berheim y colaboradores. (Mó y Yáñez.

2011).

JUSTIFICACIÓN Se estableció un acelerador de partículas lineales, en el que interactuaban un electrón y un protón, dándose cuenta que los electrones rebotaban en el centro de los protones. No se utiliza la palabra Quark sino ciertos constituyentes y acercamientos. Se propuso un estado fundamental del CH2 en un ángulo 180°, realizando cálculos ab initio, basándose en principios teóricos y tener aproximaciones con cálculos de enlace valencia brindando una estructura computacional acerca del tema. (Mó y Yáñez, 2011).

APORTE Los estudios de Harrison y Allen permiten Mediante cálculos ab initio de enlace de estudiar el comportamiento en los diagramas valencia bastante rigurosos, encuentran de Jablonsky, permitiendo el conocimiento de nuevo que el estado fundamental de los fenómenos de fluorescencia y triplete del CH2 es angular (138°) pero no fosforescencia. se atreven a abrir una controversia con respecto a la evidencia experimental de Herzberg.

Mó, O., y Yáñez, M. (2011). La química computacional en la nueva frontera. ARBOR Ciencia, Pensamiento y Cultura, pp. 143-155.

Recuperado de: https://www.researchgate.net/publication/49941697_La_quimica_computacional_en_la_nueva_frontera

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1970 Bender y Schaefer

RESUMEN

El ejemplo más paradigmático lo constituye el metileno, CH2. En 1960, Foster y Boys publican los primeros cálculos ab initio sobre este sistema en el que concluyen que el metileno es angular (1290) en su estado fundamental 3B1.

Desgraciadamente, no había ninguna evidencia experimental a la sazón para refrendar estos resultados; pero un año más tarde, Herzberg concluye, tras el análisis del espectro electrónico del CH2, que el estado fundamental triplete es lineal (3). El varapalo que ello supuso para la credibilidad de los cálculos quimicocuánticos y para el prestigio personal de Foster y Boys fue enorme. Pero afortunadamente la historia no estaba cerrada y en 1969, Harrison y Allen, APORTE mediante cálculos ab initio de enlace de valencia Encuentran en cálculos ab initio muy bastante rigurosa encuentran de nuevo que el precisos que el CH2 tiene un ángulo de estado fundamental triplete del CH2 es angular enlace de 135.1° en su estado fundamental (1380) pero no se atreven a abrir una controversia 3B1. con respecto a la evidencia experimental de Herzberg. Si existe más de un estado fundamental, se entiende que son degenerados.

Muchos sistemas tienen estados fundamentales degenerados, tales como el átomo de hidrógeno.

Se desprende que la degeneración ocurre cuando un operador unitario no trivial conmuta con el Hamiltoniano del sistema. (Shukla, 2011).

JUSTIFICACIÓN Los números enteros asociada con las configuraciones de interferencia producidas por los cuantos diversos de energía electromagnética emitidos por el átomo de hidrógeno es idéntica a las muy bien conocidas de los procesos clásicos de resonancia, le hicieron concluir que los electrones son cautivos de estados de resonancia en los átomos. Pero la realidad es tozuda y pronto se pudo constatar que en más de un caso los cálculos estaban dando la respuesta correcta y era la supuesta evidencia experimental la que tenía que ser revisada. (Mó y Yáñez, 2011)

Mó y Yáñez, O. M. (2011). La Química Computacional En La Nueva Frontera. La Química Computacional En La Nueva Frontera.

Recuperado de https://www.researchgate.net/publication/49941697_La_quimica_computacional_en_la_nueva_frontera Shukla, S. K. (2011). http://www.theglobaljournals.com/ijar/file.php?val=May_2014_1398965985_e9548_110.pdf. Indian Journal of Applied Research, 4(5), 370-373. https://doi.org/10.15373/2249555x/may2014/111 23

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1971 Woodward y Hoffman

APORTE

Propusieron un conjunto de reglas en química orgánica que predicen la este-reoquímica de las reacciones pericíclicas (éstas incluyen a las electrocíclicas, las cicloadiciones, y las sigmatrópicas), basándose en la simetría de los orbitales, y con ellas se predice si van a ocurrir por energía térmica o fotónica.

RESUMEN Existen tres tipos de reacciones peri cíclica atendiendo al número de enlaces s que se forman y/o se rompen: ciclo adiciones, reacciones electro cíclico y transposiciones sigma trópica. Son reacciones en las que dos sistemas con electrones p reaccionan entre sí para dar un sistema cíclico.

Durante el proceso se forman dos nuevos enlaces s. Son reacciones en las que un sistema polínico, con un determinado número de electrones p, se cicla por formación de un nuevo enlace s y reordenamiento de los electrones p. (Díaz, 2019).

Se comenzaron a aplicar los métodos de la recientemente desarrollada Mecánica Cuántica al estudio de las reacciones químicas.

JUSTIFICACIÓN Durante décadas, las herramientas de la Química Computacional han sido aplicadas a todas esas reacciones y a pesar de los prodigiosos avances en los estudios experimentales acerca de estados de transición de reacciones químicas sencillas, el único medio para obtener información detallada sobre las geometrías de estados de transición de procesos complejos es el uso de la química cuántica.

Esto se debe a que el estudio de estos procesos mediante cálculos muy sencillos, como los del método cualitativo de Huckel y posteriormente un poco más complejos como los del extendido de Huckel (método semiempírico) dio resultados sorprendentes. Finalmente, se ha realizado tratando computacionalmente los reactivos tanto en sus estados fundamentales como de transición, obteniéndose abundante información relativa a su naturaleza, geometría y energía.

Villar López, R. (2017). Mecanismos de reacción en las fronteras de las Reglas de Woodward-Hoffman. Recuperado de https://dialnet.unirioja.es/servlet/tesis?codigo=221815

Díaz (2019) Reacciones Peri cíclicas en Procesos Domino. Instituto de Productos Naturales y Agrobiología CSIC https://riull.ull.es/xmlui/bitstream/handle/915/17419/Reacciones%20Periciclicas%20en%20Procesos%20Domino.pdf?sequence=1&is Allowed=y 24

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1972 Charles A. Coulson

APORTE

Un matemático aplicado a la teoría cuántica de la valencia.

RESUMEN Fue el de pionero en la aplicación de la teoría cuántica de la valencia a problemas de estructura molecular, dinámica y reactividad.

Los químicos cuánticos experimentales se basan en gran medida en la espectroscopia, a través de la cual se puede obtener información sobre la cuantificación de la energía a escala molecular. Los métodos habituales son la espectroscopia de infrarrojos (IR), la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) y la microscopía de sonda de barrido.

Uno de los hechos más importantes de la época se desarrolló en Gran Bretaña pues allí se dieron otras contribuciones, como la de Carl Ballhausen (1962) con el desarrollo de la teoría del campo de ligantes, y la de Charles A. Coulson (1952, 1973), un matemático aplicado a la teoría cuántica de la valencia. (Lombabdi y Martínez, 2012)

JUSTIFICACIÓN La química cuántica estudia el estado fundamental de átomos y moléculas individuales, y los estados excitados y los estados de transición que ocurren durante las reacciones químicas. En los cálculos, los estudios de química cuántica utilizan también métodos semi-empíricos y de otro tipo basados en principios de la mecánica cuántica, y tratan problemas dependientes del tiempo. Por lo tanto, desde una perspectiva epistemológicamente realista cabría preguntarse cuál de las dos teorías brinda una representación más precisa de las moléculas en los sistemas químicos reales. . Como sostiene Charles Coulson (1952), en su muy conocido texto, el poder explicativo de los dos enfoques reside en los modos, en términos cualitativos, en que obtienen sus resultados numéricos, modos que típicamente divergen aun cuando los resultados tiendan a converger. Por tanto, las cuestiones sobre la química teórica relacionada con componentes filosóficos fue primordial y resaltante.

Lombardi y Martínez González, O. J. C. (2012). Entre mecánica cuántica y estructuras químicas: ¿a qué refiere la química cuántica?

Recuperado de https://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1678-31662012000400002

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QUÍMICA COMPUTACIONAL EVOLUCIÓN 1997 Zeegers

AÑO AUTOR

APORTE

Usa MOPAC un programa gratuito que implementa una aproximación semiempírica, para que los estudiantes calculen, en estaciones de trabajo, la carga en cada uno de los átomos de anillos aromáticos sustituidos para ilustrar conceptos de reactividad.

RESUMEN Un programa gratuito que implementa una aproximación semiempírico, para que los estudiantes calculen, en estaciones de trabajo, la carga en cada uno de los átomos de anillos aromáticos sustituidos para ilustrar conceptos de reactividad. Además, permite modificar los parámetros de los métodos semiempíricos leyéndolos de un fichero externo (keyword: external=nom_fitxer).

Esto es de gran utilidad para probar una nueva parametrización publicada en la literatura científica. El software MOLDEN permite mostrar los resultados de MOPAC. La disponibilidad de esta herramienta en el salón de clase permite aprovecharla en dos direcciones principales. La primera es para profundizar en los detalles técnicos de la solución de la ecuación de Schrödinger para sistemas atómicos y moleculares y presentar ejemplos específicos cuando se habla, dentro del programa del curso, de multiplicidades, conjuntos de base, aproximaciones, intercambio y correlación, etcétera. (Patiño, 2017).

JUSTIFICACIÓN El programa permite que los estudiantes calculen, en estaciones de trabajo, la carga en cada uno de los átomos de anillos aromáticos sustituidos para ilustrar conceptos de reactividad. Holme (1999) usa GAMESS en un laboratorio equipado con estaciones de trabajo Sin Ultra para ilustrar las aproximaciones básicas del método HartreeFock y las diferencias entre los métodos de mecánica molecular, los semiempírico y los de primeros principios. (Bedoya, 2009)

Bedoya y Olvera Bermúdez, C. A. A. O. (2009). La química computacional en el salón de clase. Recuperado de. http://revistas.unam.mx/index.php/req/article/download/64383/56516 D, Patiño (2017) Uso De La Química Computacional Como Herramienta Para La Enseñanza De La Química En Instituciones EDUCATIVAS https://repository.udca.edu.co/bitstream/11158/657/1/Uso%20de%20la%20quimica%20computacional%20como%20herramienta.pdf 26

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QUÍMICA COMPUTACIONAL EVOLUCIÓN AÑO AUTOR

1998 John Pople

APORTE Premio Nobel por sus contribuciones al desarrollo de la Química Cuántica, convirtiéndola en una herramienta con valor predictivo, adaptó la teoría de perturbaciones propuesta inicialmente por MØller y Plesset en los años treinta, para dar cuenta de la correlación electrónica.

RESUMEN En 1998 fue galardonado con la mitad del Premio Nobel de Química por el desarrollo de métodos computacionales de química cuántica.

En la década de los noventa se ha presentado un enorme desarrollo teórico y computacional, que ha revolucionado la totalidad de la química. Los científicos Walter Kohn y John Pople son las dos figuras más prominentes en este proceso. El trabajo teórico de Kohn generó las bases para simplificar las matemáticas en descripciones de los enlaces de los átomos, un requisito previo para muchos de los cálculos de la actualidad. J. Pople desarrolló la metodología completa de la química cuántica actualmente utilizada en varias disciplinas científicas.

(López y otros, 1999).

JUSTIFICACIÓN John Pople se convirtió en una figura líder en este campo, pues desarrolló métodos teóricos que ganaron gran significado en el conocimiento de cómo ocurren las reacciones químicas, lo que al mismo tiempo dio la posibilidad y así mismo permitió que su técnica computacional fuera fácilmente accesible a los investigadores, a partir de que diseñó el programa de cómputo GAUSSIAN70.

La principal ventaja de la Teoría del Funcional de la Densidad es que las ecuaciones de esta son mucho más simples de resolver que las ecuaciones de muchos cuerpos de mecánica cuántica u otras aproximaciones, por lo que permiten tratar sistemas más grandes y calcular más propiedades. (Pineda, 2017).

López Castañares, Rojas Pedral Y Cardoso, R. M. O. (1999). La Química Cuántica Y El Premio Nobel 1998. La Química Cuántica Y El Premio Nobel 1998. Recuperado de https://www.redalyc.org/pdf/104/10401515.pdf

J, Pineda (2015) Teoría De Funciones De La Densidad. Principios http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/DensityFunctionalTheory_21556.pdf

De

Estructura

De

La

Materia

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1999 Holme

RESUMEN El objetivo de este apartado es resolver la ecuación de Schrödinger electrónica de la molécula de etano para distintas geometrías que representen sucesivos estadios de la rotación de uno de los grupos metilo respecto del otro, con el fin de evaluar la barrera energética que debe superarse para efectuar dicha rotación interactiva.

Los programas de química computacional modernos que contenían los avances científicos de la disciplina de las últimas décadas. Hacer cálculos sencillos con APORTE estándar que funcionan Usa GAMESS en un laboratorio equipado parámetros con estaciones de trabajo Sun Ultra para aceptablemente bien en la mayoría de los ilustrar las aproximaciones básicas del casos. (Bedolla, 2009). método Hartree-Fock y las diferencias entre los métodos de mecánica molecular, los semiempíricos y los de primeros principios.

JUSTIFICACIÓN El uso de GAMESS en un laboratorio equipado con estaciones de trabajo Sun Ultra para ilustrar las aproximaciones básicas del método Hartree-Fock y las diferencias entre los métodos de mecánica molecular, los semiempíricos y los de primeros principios.

Por otro lado, el programa GAMESS sólo usa funciones de base atómicas sin nodos radiales. Observación: cuando hay muchos orbitales virtuales, el programa sólo muestra, para la geometría optimizada, un número de OMS virtuales igual al doble del número de ocupados.

Bedolla y Olvera Bermúdez, C. A. A. O. (2009). La química computacional en el salón de clase. La química computacional en el salón de clase.

Recuperado de: http://revistas.unam.mx/index.php/req/article/download/64383/56516

M S.Gordon, M W.Schmidt. (2005). Advances in electronic structure theory: GAMESS a decade later https://doi.org/10.1016/B978044451719-7/50084-6

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QUÍMICA COMPUTACIONAL EVOLUCIÓN 2002 Van Haaren

AÑO AUTOR

APORTE Usan el software comercial Spartan para estudiar dos isómeros de complejos de Pd(1-Me-alilo) —syn y anti— y calcular geometrías con métodos de mecánica molecular y de teoría de funcionales de la densidad.

RESUMEN En química computacional no existe un método que sea ideal para todas las aplicaciones y problemas existentes posibles.

El mejor método para aproximarse a la resolución de un problema particular implica a menudo que debe de hacerse uso de una combinación de diferentes métodos, tomando la ventaja que implica el uso de cada uno de ellos.

Fuente: https://www.addlink.es/productos/spartan   

Alineamiento de Moléculas Generación de Secuencias de Reacción – Identificación de Tautomerías Estudio de las Coordinadas Geométricas y Energías– Termoquímica Análisis de similitud.

(Spartan comercial, 2006)

JUSTIFICACIÓN El mejor método para aproximarse a la resolución de un problema particular implica a menudo que debe de hacerse uso de una combinación de diferentes métodos, tomando la ventaja que implica el uso de cada uno de ellos. Cada uno de esos métodos, desde aquellos que engloban mecánica molecular y semiempírico hasta métodos ab initio y del funcional de la densidad, puede ser rápidamente comprendido y aplicados mediante la utilización de la interfaz gráfica de SPARTAN. Permite:  Cálculo de Energía de Reacción y de Activación  Determinación de Geometría de Equilibrio Determinación de Geometría del estado de Transición Cálculo de las Frecuencias Vibraciones e Intensidades  Identificación de la distribución energéticas de los Conformeros 

Bedolla y Olvera Bermúdez, C. A. A. O. (2009). La química computacional en el salón de clase. La química computacional en el salón de clase.

Recuperado de: http://revistas.unam.mx/index.php/req/article/download/64383/56516 Spartan comercial. (2006). Spartan comercial. Recuperado de https://www.addlink.es/productos/spartan-profesional

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2004 Barrows y Eberlein

RESUMEN Existen algunas propuestas específicas de problemas químicos en los que el uso de esta herramienta proporciona una ventaja didáctica. Presentamos a continuación algunos ejemplos publicados de estas propuestas. La primera es para profundizar en los detalles técnicos de la solución de la ecuación de Schrödinger, Y la segunda dirección es en el estudio de problemas químicos reales En la introducción a la química orgánica, los estudiantes aprenden cómo las conformaciones afectan la energía de una APORTE molécula. (Barrows y Eberlein, 2004). En la mayoría de los libros de texto, la proyección de Newman se usa en combinación con Usan también Spartan y una gráficos para ilustrar los cambios energéticos minimización de energía basada en la mecánica molecular (AM1) para estudiar de una molécula debido a relaciones torpes y efectos conformacionales en alquenos y en anti sustituyentes. (Berndt y Rappaport, 2001). alquenos cíclicos, que les sirven para matizar generalizaciones injustificadas que se encuentran en los libros de texto

JUSTIFICACIÓN Algunas de las aplicaciones iniciales posibles fueron:  



Cálculo de la estructura electrónica de moléculas diatónicas mononucleares Cálculo de las dos primeras energías de ionización de los átomos de litio y flúor, El objetivo es calcular las energías de ionización de dos elementos de familias radicalmente distintas.

Cálculo de la afinidad electrónica.

El potencial de aplicación de esta tecnología en los distintos cursos del currículum de química es inmenso y podría ser explorado favorablemente por docentes y estudiantes familiarizados con el tema de química computacional y específicamente con la química para que hagan un uso correcto y asimismo adopten esta herramienta.

(Bedolla, 2009)

Bedolla y Olvera Bermúdez, C. A. A. O. (2009). La química computacional en el salón de clase. La química computacional en el salón de clase.

Recuperado de: http://revistas.unam.mx/index.php/req/article/download/64383/56516

Berndt, E.R., Rappaport, N.J. (2001) Price and Quality of Desktop and Mobile Personal Computers: A Quarter-Century Historical Overview, American Economic Review, 91(2).

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2007 Gaussian

RESUMEN JUSTIFICACIÓN Es un software que predice las energías, Con la ayuda del Software un conocedor de estructuras moleculares y frecuencias de la química ha tenido aproximaciones de vibración de sistemas moleculares, junto con moleculas, desde una química teórica. En la las diversas propiedades moleculares que se química computacional, es particularmente derivan. Permite realizar cálculos mecano útil para facilitar la curva de aprendizaje del cuántico de estructuras electrónicas tanto a uso de este tipo de programas y de las nivel ab initio como a nivel semiempírico. habilidades computacionales asociadas (Cantudo, 2018). Por otro parte, el software específicamente en la edición de archivos, la Gaussian utiliza una interfaz sencilla para el ejecución de comandos, etcétera, toda vez usuario denominada GaussView, capaz de que el alumno trabaja en un ambiente construir moléculas de manera visual, lo que computacional familiar. (Martínez y APORTE permite esto es introducir la estructura de la Saavedra, 2017). molécula y demás datos mediante comandos Programa comercial, por cierto muy a través de un entorno visual más atractivo costoso— para que los alumnos calculen mediante ventanas que se despliegan y que constantes rotacionales y constantes de contienen toda la información necesaria para fuerza para una serie de moléculas resolver el caso, sin recurrir a realizarlo a diatómicas de átomos representativos. través de programación R, Cantudo (2018) Introducción A Las Técnicas De Simulación Molecular Y Su Potencial Aplicación En El Ámbito De La Ingeniería Química. https://repositorio.unican.es/xmlui/bitstream/handle/10902/14847/411336.pdf?sequence=1&isAllowed=y Martínez, R. E. y Saavedra, A. J. (2017). Química Computacional Una Revisión Histórica. [Tesis de Pregrado] Universidad Pedagógica Nacional, Bogotá D. C. Recuperado de: http://repository.pedagogica.edu.co/bitstream/handle/20.500.12209/9606/TE21275.pdf?sequence=1&isAllowed=y

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2013 Martin Karplus, Michael Levitt y Arieh Warshel

RESUMEN

JUSTIFICACIÓN

Sentaron las bases de los potentes programas que Los modelos informáticos que reproducen la vida son usados para comprender y predecir procesos real se volvieron cruciales para la mayoría de los químicos, unos modelos informáticos que avances en la química actual», «hoy la replican la vida real y que se han convertido en computadora es una herramienta tan importante uno de los avances más cruciales para la química para los químicos como la probeta. actual.

La mecánica molecular funciona y permite El austriaco Martin Karplus, el sudafricano estudiar interesantes problemas químicos.

Michael Levitt y el israelí Arieh Warshel Pero a esta técnica le hacía falta tomar en sentaron las bases de los potentes programas que cuenta la posibilidad de la formación y el son usados para comprender y predecir procesos rompimiento de enlaces químicos, es decir, le químicos, unos modelos informáticos que faltaba incluir la reacción química misma. La replican la vida real y que se han convertido en uno de los avances más cruciales para la química evolución de la química computacional ha traído grandes aportaciones en cuento al actual.

Por otra parte, se trata de un trabajo pionero en estudio de la química teórica, manejando cuanto a que Karplus, Levitt y Warshel lograron distintos métodos de manejo, llevando a la APORTE hacer la física clásica de Newton trabajara mano química a algo más allá, en algo que uno con mano con los fundamentos de la física puede reconocer al menos por simulaciones.

Calcularon sistemas químicos complejos. cuántica. Antes, los químicos tenían que optar (Angulo, 2014). por utilizar una u otra. 8Martin y otros, 2013 Martin Karplus, Michael Levitt y Arieh Warshel, Nobel de Química (2013). (no publicado). Ciencia plus. Recuperado de https://tendencias21.levante-emv.com/premio-nobel-de-quimica-a-karplus-levitt-y-warshel-por-el-desarrollo-de-modelos-de-sistemasquimicos-complejos_b5941172.html J, R Angulo (2014) Utilización De La Química Computacional: Método Semiempírico Pm3, Para Elucidar La Estructura Del Complejo Bis (1,5Difenil-1,2, 4-Triazol-3-Tionato) Plomo (Ii) (Pb(Dtt) ). http://www.scielo.org.pe/pdf/rsqp/v80n2/a07v80n2.pdf

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2020 Charpentier y Doudna

RESUMEN El premio Nobel de química de 2020 se ha concedido a Emmanuelle Charpentier y Jennifer A. Doudna por la creación de un nuevo y muy preciso método para la modificación del ADN de plantas, animales o personas, unas «tijeras genéticas» conocidas como CRISPR-Cas 9.

JUSTIFICACIÓN Se evidencia un desarrollo en la implementación de la química computacional para la simulación o escenografía de procesos bioquímicos, especialmente en el ADN. El desarrollo de modelos computacionales a multiescala para sistemas químicos y biológicos, permitieron el avance a un premio nobel de química para dicho años. Se debe Se trata de un mecanismo que actúa de partir, que se evidencia una gran importancia forma natural en organismos procariotas en la computación y modelación actualmente. (arqueas y bacterias), donde viene a ser una especie de sistema inmunitario. Charpentier y Doudna idearon la forma de aplicarlo artificialmente, y con otras finalidades, también en organismos con células eucariotas, entre ellos los seres humanos.

Así abrieron la ruta hacia posibles nuevas APORTE terapias contra el cáncer y la cura de Premio Nobel Química 2020: Charpentier enfermedades hereditarias. y Doudna por la edición genómica CRISPR-Cas9.

Villatoro, Francisco, (2020). Premio Nobel Química 2020: Charpentier y Doudna por la edición genómica CRISPR-Cas9. El blog de Francisco.

Tomado de: https://francis.naukas.com/2020/10/07/premio-nobel-quimica-2020-charpentier-y-doudna-por-la-edicion-genomica-crispr-cas9/

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