Química Teórica y Computacional – Juan Andrés, Juan Beltrán – 1ra Edición

Las recientes revisiones de los planes de estudio de la licenciatura de química en las universidades españolas se han orientado hacia una formación generalizada, que maximice las oportunidades profesionales. Se podría esperar que una formación más especializada tenga lugar en los programas de doctorado, pero esto desgraciadamente no es así.

En los programas de doctorado actuales coexisten asignaturas generales, que puedan interesar a muchos alumnos, con asignaturas muy específicas en la línea de los trabajos propios de cada grupo de investigación. Dado el buen momento de la química teórica española, tanto por la cantidad como por la calidad de los grupos existentes, nos pareció indispensable organizar un programa de doctorado en «química teórica y computacional», en el que de una forma sistemática se iniciara seriamente a los doctorandos en esta especialidad.

El programa es interuniversitario con la finalidad de obtener una masa crítica suficiente y de aprovechar al máximo los recursos. Ello permite, además, enriquecer los propios puntos de vista con los de otros especialistas y establecer profundos lazos de amistad entre jóvenes compañeros de varias universidades. La primera experiencia de este programa, en la que han participado doce universidades españolas, ha tenido lugar en la Universität Jaume I de Castellón del 24 de enero al 19 de febrero del año 2000.

Ello ha sido posible gracias a la ayuda financiera del Ministerio de Educación y Cultura, de la propia Universidad y del Institut Lluís Vives. Después del curso intensivo, la formación en cada asignatura ha continuado mediante una serie de ejercicios bajo la dirección de un tutor de la propia universidad. En este libro se recoge el contenido del curso intensivo impartido.

En el título del libro se menciona la química teórica y no la química cuántica porque el contenido de la química teórica es más amplio. Sin duda, la química cuántica es una parte esencial, pero la química teórica engloba, además, las técnicas estadísticas, que permiten pasar del micro al macrocosmos, y* por tanto, interpretar y predecir las experiencias fenomenológicas. Las simulaciones de Monte Cario y de Dinámica Molecular son verdaderos experimentos numéricos con ordenador. Es evidente que la incidencia práctica de la química teórica está estrechamente ligada al desarrollo de la informática y así ha sido históricamente.

En la actualidad la informática está invadiendo todos los campos científicos y profesionales, pero esto es especialmente relevante en el campo de la química, ya que la química teórica ha podido desplegar todas sus posibilidades gracias a la explosión de la potencia de cálculo de los modernos ordenadores. No es de extrañar que los químicos teóricos sean los principales usuarios de los diferentes Centros de Cálculo.

Por esta razón el título del libro es «química teórica y computacional» En el primer capítulo se presentan los fundamentos de la química teórica, tanto los de mecánica cuántica como los de mecánica estadística, poniéndose especial énfasis en la formulación matemática. En el segundo se exponen los métodos de la química cuántica, insistiéndose particularmente en los métodos post Hartree-Fock y en la teoría del funcional de la densidad. En el tercer capítulo se hace una iniciación a la programación científica.

El objetivo de este primer bloque es establecer unas sólidas bases en química teórica, mientras que el objetivo de los capítulos restantes es ilustrar algunas de las posibles aplicaciones químicas. En cada uno de los siguientes capítulos, antes de exponer una determinada aplicación, se desarrollan los métodos adecuados para su tratamiento. Las propiedades de los sólidos y de las superficies, así como su participación en la catálisis heterogénea, se estudian en el capítulo cuarto. A la dinámica de las reacciones químicas se le dedican dos capítulos.

En el quinto se presentan los tratamientos de dinámica molecular y en el sexto la teoría del estado de transición. Los dos capítulos siguientes se refieren a la espectroscopia, mereciendo especial atención los estados vibracionales altamente excitados en el séptimo y los estados electrónicos excitados en el octavo. Finalmente, se dedica el último capítulo a la modelización molecular, prestándose especial atención a los fenómenos de solvatación y a la catálisis enzimàtica. Los químicos teóricos de este país tienen una elevada presencia en todos los campos de la química. Los diferentes grupos gozan de un gran prestigio internacional y publican regularmente en las revistas de mayor índice de impacto.

Sin embargo, no se ha pretendido, en este libro y en el curso intensivo impartido, explorar toda la riqueza de las aplicaciones computacionales, sino ilustrar con algunos ejemplos que la química teórica es auténtica química. Más aún, se ha pretendido mostrar que la química teórica es uno de los motores fundamentales en diferentes campos de la química. Como decía la Academia de Ciencias Sueca al otorgar el premio Nobel de Química de 1998 a W. Kohn y J. A. Pople «la química ha dejado de ser una ciencia puramente experimental».

Por ello, un químico que no domine la química computacional no responde al perfil de un químico del siglo xxi. Si siempre ha sido verdad la frase del reciente premio Príncipe de Asturias, Umberto Eco, en El nombre de la rosa, de que «los libros no están hechos para ser creídos sino para ser discutidos», más cierto lo es en el caso de un libro que pretende ser una iniciación a la investigación.

El propósito fundamental de este libro es suscitar un diálogo, una discusión, que permita a los jóvenes investigadores ensanchar las fronteras del conocimiento. No quisiéramos terminar sin expresar nuestro profundo agradecimiento a BANCAIXA, Fundació Caixa Castello, por haber financiado la edición de este libro.
Los autores y editores de este libro confiamos que sea útil no sólo a los que cursan el programa de doctorado de «química teórica y computacional», sino también para todos los especialistas en este campo.