Takaisin

Kemian ymmärtäminen vahvistuu kokeellista ja laskennallista kemiaa yhdistämällä

Fysikaalinen kemia pohjautuu fysiikan lakeihin, jotka on tunnettu 1920-luvulta lähtien. Edellytykset ovat periaatteessa olemassa kaiken kemian matemaattiseen ratkaisuun, mutta yhtälöt osoittautuvat liian mutkikkaiksi ratkaistavaksi. Lakeihin on tehtävä yksinkertaistuksia, jotta atomien ja molekyylien ominaisuuksia pystytään ratkomaan likimääräisesti tietokoneen avulla. Ainetta täytyy edelleen olla myös koeputkessa.

Kuvassa: Professori Mikko Linnolahti. Kuva: Varpu Heiskanen

Tänä syksynä fysikaalisen kemian professorina aloittanut Mikko Linnolahti on Itä-Suomen yliopiston omia kasvatteja. Hän aloitti opintonsa Joensuun yliopistossa vuonna 1992 ja väitteli vuonna 2001 tohtoriksi. Linnolahti on toiminut apulaisprofessorina vuodesta 2013 lähtien, ja siirtyi professoriksi yliopiston Tenure Track -vakinaistamispolun myötä.

Linnolahden oma ala, fysikaalinen kemia, pohjautuu kemiaan.

—Fysikaalisessa kemiassa pyritään ymmärtämään kemiaa fysiikan lakeihin pohjautuen, ja kemia taas perustuu atomien ja molekyylien rakenteeseen. Fysikaalisen kemian taustalla on myös kvanttifysiikka, jonka lait luovat perustan kaiken kemian ymmärtämiseen, sanoo Linnolahti.

—Koska kemian kannalta olennaiset fysiikan lait tunnetaan jo, meillä on periaatteessa edellytykset kaiken kemian matemaattiseen ratkaisuun. Käytännössä tämä on kuitenkin mutkikasta, eikä siihen pystytä vielä pitkään aikaan, jos koskaan.

Linnolahden mukaan fysiikan lakeihin onkin tehtävä yksinkertaistuksia, jotta atomien ja molekyylien ominaisuuksia pystytään ratkomaan likimääräisesti tietokoneen avulla.

—Laskennallinen kemia on erikoisalaani, hän toteaa.

—Tätä kautta kemiaa voidaan tehdä tietokoneen avulla. Erityisen kiinnostavaa on tehdä yhteistyötä kokeellista kemiaa – siis laboratoriossa tehtävää kemiaa – tekevien tutkijoiden kanssa. Näin saavutetaan kemian perustan ymmärrystä. Tätä tutkimustapaa voidaan soveltaa laajasti kaikkien alojen kemiaan.

 

Laskennallisen kemian avulla voidaan kehittää täysin uusia molekyylejä

Itä-Suomen yliopistossa laskennallista kemiaa sovelletaan erityisesti katalyyttien ja materiaalien tutkimukseen. Kemianteollisuudessa tärkeiden prosessien ymmärtäminen on kaikkein oleellisinta.

—Tietokoneet eivät kuitenkaan yksin riitä, vaan aineita täytyy olla myös koeputkessa. Tietokoneiden laskentakapasiteetin täytyy myös olla hyvä, muistuttaa Linnolahti.

—Keskeiset fysiikan lait tunnettiin jo 1920-luvulla, mutta vasta 1950-luvulla mutkikkaita yhtälöitä päästiin ratkomaan tietokoneen avulla. Nykyään laskentaprosessit ovat jo niin nopeita, että kun 20 vuotta sitten tietyn tuloksen saaminen kesti kaksi viikkoa, sen saa nyt jo minuuteissa.

Laskennallisen kemian toinen hyöty on ennustettavuus; voidaan suunnitella molekyylejä, joita ei vielä tunneta. Tätä voidaan hyödyntää esimerkiksi materiaalien ominaisuuksien kehittämisessä.

—Viime aikoina materiaalitutkimukseen ovat tulleet muun muassa uudet LED-materiaalit, joissa pyörivät molekyylit lisäävät tehokkuutta. Laskennallista kemiaa voidaan yhdistää myös muihin luonnontieteiden tutkimusaloihin, kuten fysiikkaan, fotoniikkaan ja biologiaan, kertoo Linnolahti.

— Oikeastaan ei voi edes asettaa rajaa mitä kaikkea alallani voisi tutkia – jos ei vielä nyt, niin tulevaisuudessa.

Lisätietoja: Professori Mikko Linnolahti, p. 029 445 3441, mikko.linnolahti (a) uef.fi

 
Mikko Linnolahti
Itä-Suomen yliopiston fysikaalisen kemian professori 1.8.2018- (kutsumenettely)

S. 1973, Vantaa

Filosofian tohtori, Joensuun yliopisto, 2001

Tärkeimmät tehtävät

Erikoistutkija, Joensuun yliopisto, 2003-2009
Akatemiatutkija, Suomen Akatemia / Itä-Suomen yliopisto, 2009-2010
Yliopistotutkija, Itä-Suomen yliopisto, 2010-2013
Apulaisprofessori, Itä-Suomen yliopisto, 2013-2018 Teoreettisen epäorgaanisen kemian dosentti, Joensuun yliopisto/Itä-Suomen yliopisto (2006-)