Chem Around You by Che-me-ka
ตอน: เคมีคอมพิวเตอร์

ครั้งแรกที่ได้ยินคำว่า “เคมี” น้องๆ คิดถึงอะไรครับ? แน่นอนว่าหลายคนคงจะนึกภาพสารเคมีน่ากลัว สีสันสดใส บรรจุอยู่ขวดแก้วรูปทรงแปลกๆ มีแก๊สระเหยส่งกลิ่นเหม็นไปทั่ว หรือไม่อย่างนั้นในจินตนาการของน้องๆ ก็อาจจะเป็นภาพห้องปฏิบัติการลับขนาดไม่เล็กไม่ใหญ่ ทาสีขาวทั่วทั้งห้อง มีนักเคมีสวมเสื้อกาวน์สีขาวพร้อมแว่นนิรภัยยืนผสมสารเคมีอยู่ใช่ไหมครับ

ภาพของ “เคมี” เหล่านั้นทำให้คนเราติดภาพว่า เคมีเป็นวิชาที่เกี่ยวข้องกับสารเคมีและห้องปฏิบัติการ แต่ทันทีที่อ่านบทความนี้จบ ทุกคนจะต้องคิดใหม่ครับ เพราะจริงๆ แล้ววิชาเคมียังมีสาขาวิชาอีกสาขาหนึ่งที่น่าสนใจ ซึ่งก็คือ เคมีคอมพิวเตอร์ (Computational Chemistry)

เคมีคอมพิวเตอร์ เป็นทางเลือกหนึ่งของนักเคมีที่มีประโยชน์อย่างมากในปัจจุบัน เพราะสาขาวิชานี้เหมาะสำหรับการจำลองการทดลองก่อนทดลองจริง เพื่อสะดวกในการเตรียมสารที่เหมาะสม โดยตัวอย่างของวิธีการนี้ที่เป็นรูปธรรมคือการคิดค้นตัวยาใหม่ๆ ที่มีประสิทธิภาพสูงแต่มีวิธีการเตรียมที่ง่ายและประหยัดค่าใช้จ่าย การออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสมกับปฏิกิริยาเคมีหนึ่งๆ และการตรวจสอบโครงสร้างและคุณสมบัติของสารเคมี ซึ่งสาขาวิชานี้ใช้ความรู้ด้านทฤษฎีของเคมี บวกกับการคำนวณทางคณิตศาสตร์ โดยอาศัยการคำนวณทางกลศาสตร์ควอนตัม การประมาณค่าและสมการของนักวิทยาศาสตร์มากมาย ซึ่งแต่เดิมเราจะสามารถประมาณค่าได้เพียงในกระดาษและทำในระบบไม่ซับซ้อน แต่ตั้งแต่ปี ค.ศ.1940 เป็นต้นมา มีการนำคอมพิวเตอร์เข้ามาใช้ประโยชน์ในการช่วยคำนวณและขยายขอบข่ายของการคำนวณให้กว้างขวางมากขึ้น จนมาถึงปัจจุบันซึ่งเทคโนโลยีขั้นสูงเข้ามาทำให้เคมีคอมพิวเตอร์เป็นวิธีการที่ได้รับความน่าเชื่อถือเพิ่มขึ้น

วิธีการของเคมีคอมพิวเตอร์มีหลากหลาย ยกตัวอย่างเช่น การตรวจสอบพลังงานของแรงยึดติดระหว่างสารเคมีในระบบต่างๆ ที่เราสามารถปรับได้ อาทิเช่น ตัวทำละลาย อุณหภูมิ ความดัน เป็นต้น รวมถึงตรวจสอบการเข้าชนกันของโมเลกุลสารตั้งต้น ว่าจะต้องใช้พลังงานและความยากง่ายขนาดไหนในการเปลี่ยนเป็นสารผลิตภัณฑ์ ซึงวิธีการต่างๆ เหล่านี้สามารถจำลองเหตุการณ์ของระบบที่นิ่งหรือระบบที่เคลื่อนไหวก็ได้

  

แม้ว่าวิธีการรวมถึงกระบวนการของเคมีคอมพิวเตอร์จะดูมีประสิทธิภาพสูง แต่ในความเป็นจริงแล้วการคำนวณทางวิธีนี้ยังมีข้อจำกัดอยู่พอสมควร ซึ่งทำให้ค่าที่ได้ออกมามีความคลาดเคลื่อนอยู่บ้าง แต่ก็ถือว่าคุ้มค่า เพราะช่วยในการจำกัดกลุ่มสารที่จะใช้ทำปฏิกิริยาได้ให้แคบลง และเหลือปริมาณสารที่จะใช้ทำปฏิกิริยาได้ลดลง เพราะการจำลองปฏิกิริยาก่อนการเกิดขึ้นจริงนั้นช่วยให้นักเคมีทำงานได้รวดเร็วและประหยัดทั้งค่าใช้จ่ายเป็นอย่างมาก

คงจะเห็นภาพและรู้จักกับเคมีคอมพิวเตอร์มากขึ้นแล้วนะครับ เคมีคอมพิวเตอร์จัดเป็นกระบวนการที่น่าสนใจในวิชาเคมี แต่ที่สำคัญคือ การรู้จักกับเคมีคอมพิวเตอร์ทำให้น้องๆ รู้จักกับวิชาเคมีมากขึ้น และไม่จำกัดวิชานี้อยู่ในห้องปฏิบัติการและสารเคมีอีกต่อไป

บทความอ้างอิงจาก https://en.wikipedia.org/wiki/Computational_chemistry
ที่มา > นิตยสาร plook