Artikkel

Superdatamaskiner stormer inn i kjemifaget

Universet månen jorda
Kjemien høyt i atmosfæren og kjemien i verdensrommet har tidligere vært nesten umulige å studere. Foto: Colourbox

Superdatamaskiner stormer inn i kjemifaget

Laboratorier på vikende front.

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.

LES OGSÅ: Vi er inne i en kjemisk revolusjon: Kjemifaget undervises fortsatt på en måte som minner om en 1800-talls vitenskap, selv om faget egentlig har utviklet seg milelangt siden da. Kjemi er mye mer spennende og revolusjonerende enn du tror, sier kjemikerne.

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.

Les også:

Kjemikere på stjernejakt: Da forskerne ved Kjemisk institutt simulerte de ekstremt sterke magnetfeltene som finnes rundt hvite dvergstjerner, oppdaget de en ny type kjemisk binding som burde eksistere i teorien.

Andre artikler skrevet av studenter ved formidlingskurset MNKOM

Kontakt:

Kari Anne Andersen er kjemistudent ved UiO og har tatt formidlingskurset MNKOM

https://koffeinikoppen.wordpress.com/2016/05/30/kjemikere-uten-laboratorier/

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Løvenes konge-pastisj

Kampen om dyretronen

En sibirsteinbukk-hunn vil bare følge den hannen som har vunnet i kamp mot de andre, hos flekkhyenen er det hannene som vier livet sitt til å følge hunnene. Sosialt hierarki i dyreriket er like varierende som dyrene selv.

Hus begravd i slam etter Lusi-utbruddet

Kilden til verdens største slamutbrudd er funnet

I 2006 ble det utløst flere slamutbrudd fra vulkaner nordøst på den svært folkerike øya Java.  Det mest aktive utbruddet - Lusi - er fortsatt aktivt, og forskerne ser det nå i samenheng med et nærliggende vulkansystem.

Professor Norbert Roos med et av IBVs kryoelektronmikroskoper

Mange ristet på hodet, men resultatet ble en nobelpris

Kjemikeren Jacques Dubochets første forsøk på å lage et kryoelektronmikroskop endte med at linsene i mikroskopet ble brukt til verdens dyreste askebegre. De neste forsøkene gikk bedre, og nå er innsatsen belønnet med en nobelpris.