Комп'ютерні програми для хіміків. Огляд навчальних програм з хімії Порівняльна характеристика комп'ютерних програм для хімічної технології

Але це не єдина наука, над популяризацією якої сьогодні працюють розробники. І, звичайно, їхня увага не пройшла повз хімію – найцікавішу науку про будову речовин, яка зазвичай викликає у дітей жах перед незрозумілими елементами та формулами. Але, здається, річ, як завжди, у підході. Можливо, якщо урізноманітнити вивчення таблиці Менделєєва використанням різних ігор і познайомити дітей з поняттям хімічної валентності за допомогою барвистого та зрозумілого застосування, то й сам предмет не здаватиметься їм нудним або недоступним. Так що пропонуємо до вашої уваги добірку додатків та ігор для вивчення хімії.

Додаток для знайомства з хімічними елементами, про який одного разу англійський письменник і актор Стівен Фрай відгукнувся таким чином: «Заради цієї програми варто купити iPad!». The Elements – це своєрідна база даних основних хімічних елементів, які представлені у вигляді висококласних 3D-моделей. Програма заснована на книзі «Елементи» Теодора Грея, автора рубрики Gray Matter у журналі Popular Science Magazine, але можливості The Elements виходять далеко за межі друкованого видання.

Для кожного елемента підібрано приклад, який представлений у вигляді 3D-моделі, що обертається (наприклад, олов'яний солдатик - для олова, злиток золота для золота і т.д.), яку можна самостійно запускати, перевертати, збільшувати - загалом, досліджувати з усіх боків . Поряд з кожним елементом представлена колонка даних та фактів, що детально розповідають про його особливості. Розробники так характеризують свій продукт:

The Elements не є додатком; це багата і захоплююча історія любові до періодичної таблиці, переказана в словах і картинках і дозволяє вам, як ніколи раніше, випробувати красу і величність цеглинок, з яких складається наш Всесвіт.

Багаторазово визнана однією з найкращих програм для вивчення хімії, The Elements коштує лише $4,99. Програму можна завантажити на iTunes. На жаль, відео-огляд доступний тільки англійською, але навіть візуального ряду достатньо, щоб зрозуміти, наскільки хороша ця програма.

У цій безкоштовній програмі ви знайдете тривимірні моделі різних речовин. У Molecules є кілька режимів візуалізації, які дозволяють користувачам обертати моделі, змінювати масштаб молекули, збільшувати/зменшувати розмір тощо. Сама програма має досить пристойну базу молекулярних моделей, але в той же час у користувача є можливість завантажувати приклади зі спеціалізованих сайтів міжнародних сховищ біологічних молекул та їх трьохвимірних моделей. Для цього необхідно в рядку пошуку ввести назву речовини (Water, Gold, Insulin тощо). Звичайно ж, про кожну молекулу і молекулярну сполуку тут представлена вичерпна інформація: повна назва молекулярної структури (а чи пам'ятаєте ви, що найчастіше речовини називаються скорочено, а повна назва зазвичай відома тільки фахівцям?), кількість і види амінокислот у разі білків, нуклеотидні послідовності для ДНК та РНК, імена дослідників сполуки та багато іншого. Програма доступна на iTunes.

Створена професором хімії з Мічигану, ця програма допомагає зрозуміти користувачам принцип з'єднання молекул. Геймплей складається з п'яти рівнів, на кожному з яких гравцеві необхідно складати 2D-точкові структури Льюїса. Той, хто впорався із завданням, буде винагороджений перетворенням 2D-структури на 3D-модель. Крім того, наприкінці кожного рівня додаток видасть вам філософське риторичне питання про влаштування Всесвіту та його речовин, тому навіть якщо не вдасться осягнути валентність, філософія хімії стане вам трохи ближче. Завантажити Chemical Valence можна в App Store за $0,99.

Це своєрідна віртуальна хімічна лабораторія у вашому мобільному пристрої. Тут можна проводити досліди з різними речовинами та спостерігати найнесподіваніші реакції. Як ви розумієте, у віртуальному просторі можна експериментувати навіть із вибуховими та радіоактивними речовинами. Результати дослідів моделюються в реальному часі, при цьому програма враховує купу параметрів: склад повітря, температуру навколишнього середовища, масу та обсяги речовин, що змішуються і т.д. Щоб полегшити завдання хіміку, що починає, в додатку доступна база основних реакцій по кожній речовині з таблиці Менделєєва. Втім, можна «хімічити» та відкривати свої власні реакції. Лабораторія Chemist доступна на iTunes, її ціна - $4,99. Але є безкоштовна ознайомча версія.

Думаєте ще одна хімічна лабораторія? Не вгадали! Chem Lab – це кумедний тест, який перевірить ваші знання базових хімічних формул. Користувачеві пропонується виконати по черзі 5 завдань (перетягнути в пробірку потрібні елементи для отримання газу або з'єднати відповідні речовини тощо). Наприкінці експериментів показуються необхідні результати за кожним завданням і порівнюються з досягненнями. Будьте обережні – при невдалій реакції може щось вибухнути або спалахнути. Звичайно, робота в додатку безпечна, але вибух, як мінімум, говорить про те, що в реальності не варто повторювати подібний досвід. Додаток є в App Store і коштує лише $0,99.

Talking Ben the Dog – гра для найменших. Пес Бен, що говорить, - професор хімії на пенсії, який порядком втомився від життя. Все, що він робить – їсть, п'є та читає газети. Можна намагатися розворушити його, а можна просто натиснути на кнопку «Хімія» і відправити старого професора до лабораторії, щоб проводити з ним найпростіші хімічні досліди (змішати дві рідини та спостерігати за реакцією). Нічого особливо пізнавального, проте дитина як мінімум дізнається, що змішування двох речовин може призвести до несподіваної реакції. Здається, непоганий початок для розповіді дитині про хімію як науку. Програма безкоштовно доступна в iTunes і в Google Play.

Ще один інструмент для вивчення хімії, який дозволяє знайомитися з активністю елементів, вивчати окислювально-відновлювальні реакції, вирішувати завдання хімії, отримувати кінцеві продукти реакції та зрівнювати коефіцієнти. У додатку є опис реакцій понад півтори тисячі хімічних сполук. Інтерфейс програми дуже простий, втім, як і робота в ньому: для реакції достатньо вибрати з таблиці необхідні елементи і з'єднати їх. Програму можна завантажити в Google Play безкоштовно.

Додаток-гра для вивчення хімії. Тепер не потрібно змушувати вашу дитину зубрити хімічні елементи, достатньо встановити йому Elements Quiz, де таблиця Менделєєва вивчається у простій ігровій формі. Основні правила гри – шукати у таблиці запропоновані програмою хімічні елементи. Що може бути простішим? Зате дитина в процесі такого пошуку поступово запам'ятовує назву елемента, його символ і місце в таблиці – основи, які необхідні для подальшого успішного вивчення предмета. Для більш просунутих користувачів додаток вбудовані вікторини, з якими не так легко впоратися. Крім того, додаток пов'язаний з Вікіпедією, так що завжди можна отримати додаткову інформацію про той чи інший елемент безкоштовної енциклопедії.

Ця програма, яка дозволяє без зайвої праці малювати формули органічних сполук. Але, як зазначають користувачі, у програмі неможливо описувати та зображати повноцінні реакції, так що MolPrime+ можна поки використовувати лише як редактор формул. До речі, своїми досягненнями у додатку легко ділитися з друзями через твіттер та електронну пошту, тож можна змагатися у майстерності. MolPrime+ легко завантажити з

Існує безліч програм для розрахунків та моделювання в галузі хімії. Наприклад:

ChemOffice (Пакет хімічних програм ChemOffice допоможе уникнути вченим, пов'язаним з хімією багатьох рутинних процесів і зосередитися на роботі. Модулі, що входять до складу пакету, перетворюють комп'ютер на робочу станцію для проектування та роботи з базами даних та хімічною документацією. Нова версія ChemOffice Ultra орієнтована на платформу Windows Пакет ChemOffice Ultra 2008 містить ChemDraw Ultra, Chem3D Ultra, E-Notebook Ultra, ChemFinder, CombiChem, Inventory, BioAssay та довідник The Merck Index у вигляді єдиного набору. ;

ACD ChemSketch 12.01 (Одна з останніх версій хімічного редактора, яка дозволяє малювати хімічні формули, у тому числі і об'ємні, рівняння реакцій. Містить базу малюнків лабораторного посуду, дозволяє розрахувати основні хімічні параметри);

Avogadro (FreeWare) - 3D візуалізація (розширений молекулярний редактор, розроблений для використання на декількох платформах (зокрема на ОС Windows), з обчислювальної хімії, молекулярного моделювання, біоінформатики, науки про матеріали та ін.);

Balancer - програма для розміщення коефіцієнтів в рівняннях хімічних реакцій (програма, яка дозволяє розставляти і зрівнювати коефіцієнти в рівняннях хімічних реакцій. Її переваги в тому, що вона: - зрівнює будь-які типи реакцій; - обчислює моль, масові та газові обсяги для збалансованого рівня. Користувач може вибрати з бази даних множину хімічних речовин);

Base Acid Titration and Equilibria (BATE) (pH calculator розроблений, щоб допомогти при розрахунках, які можуть виникнути у повсякденній практиці. Можна використовувати рН калькулятор для визначення рН суміші в будь-якій пропорції сильної/слабкої кислоти та основи. Такі суміші включають рішення для більшості солей та буферів);

CalcSam. Калькулятор для розрахунку водно-спиртових розчинів. , масовий та молярний склад пари);

CambrigeSoftChemDrawPro (Версія професійної системи комп'ютерного моделювання хімічних сполук будь-якої складності. Малює механізми реакцій для публікацій та представляє тривимірні молекулярні поверхні, орбітами та молекулярні властивості);

Chemissian v1.70 Portable (є важливим інструментом аналізу електронної структури молекул і спектрів. Він може маніпулювати молекулярними орбіталями енергетичних рівнів діаграми), розрахункові та експериментальні UV-VIS електронні спектри, карти електронної та спинової підготовки їх до публікації);

CHEMIX School 3.5 Portable (Що можна сказати. Програма далеко пішла від російських аналогів. CHEMIX School - набір хімічних утиліт, що включає в себе періодичну систему елементів, молекулярний калькулятор, модулі з електрохімії, спектроскопії, словники, довідники та багато іншого. CHEMIX School інструментом на навчання хімії);

ChemMaths v11 (Програмне забезпечення, що підходить для студентів-хіміків, інженерів, а також для професійного використання. ChemMaths містить інформацію про 3000 хімічних складів, періодичної таблиці хімічних елементів, критичних константах, термодинамічних властивостях, поверхневому натягу, обчисленні в'язкості і т.д. близько 500 задач з хімії, електрики, фізики, а також математичні рівняння. Містить 200 одиниць перетворення. . І т.д);

ChemSite (FreeWare) - 3D візуалізація молекул (Програма для створення 3D-моделей молекул. У цій програмі легко побудувати структуру будь-якої органічної сполуки, оскільки вона містить безліч інструментів: функціональні групи, амінокислоти, нуклеїнові кислоти, вуглеводи та ін. Кожен структурний фрагмент можна додати на екран або приєднати до будь-якого атома);

CrystalMaker.v2.3.0 (CrystalMaker - програма для візуального спостереження та аналізу кристалічних та молекулярних структур. Програма забезпечує високу роздільну здатність фото-реалістичної графіки, грандіозний 3D стерео екран, інструментальні засоби анімації, процифрове відео та вихід QTVR);

HyperChem 7.0 (HyperChem - комплексний програмний продукт, призначений для завдань квантово-механічного моделювання атомних структур. Він включає програми, що реалізують методи молекулярної механіки, квантової хімії і молекулярної динаміки. Силові поля, які можуть використовуватися в HyperChem - це ММ+ (на базі ММ2), Amber, OPLS та BIO+ (на базі CHARMM));

PL Table (PL Table - це багатофункціональна періодична система елементів, реалізація періодичної системи на PC, що дозволяє отримувати інформацію про елементи (більше 20 типів даних про кожен хімічний елемент), та вбудований хімічний калькулятор, що дозволяє миттєво зрівнювати хімічні реакції будь-якої складності, вирішувати хімічні завдання );

Portable Virtual Chemistry Lab 2.0 (Програма являє собою віртуальну хімічну лабораторію з безліччю можливостей. Virtual Chemistry Lab є корисним інструментом для викладачів, студентів і всіх тих, хто просто цікавиться хімією. Програма інтуїтивно зрозуміла: є так званий робочий стіл та дві "полиці" - для інструментів та хімікатів);

REKT v. 4 - Програма для розрахунку колони ректифікації (Програма проводить технологічний розрахунок процесу ректифікації, включаючи тарілковий розрахунок витрат і концентрацій компонентів);

Кінетика v1.2 (Компактна програма, що встановлює рядок реакції та константу її швидкості за експериментальними даними, які ви їй надасте. Підтримує будь-які порядки, у тому числі дробові та негативні. Безкоштовна і не вимагає інсталяції);

Комп'ютерні програми для хіміків.

Сучасне вивчення хімії не обходиться без використання потужних програмних пакетів при моделюванні хімічних процесів, зображення хімічних формул і діаграм, хімічних розрахунків.

Короткий огляд основних програм.

Maple - це повноцінна комп'ютерна програма для сучасних математиків, розроблена в Канаді компанією Maplesoft. Як відомо, поганий той хімік, хто має проблеми з математикою.

SigmaPlot – зручна програма для побудови графіків. Особливо стане в нагоді фізхімікам, які мають справу з обробкою великої кількості експериментальних даних, і всім, хто хоче заощадити свій час і не будувати графіки вручну.

Ця програма дозволяє без зайвих зусиль з вашого боку моделювати складні молекули. Наочно показує просторове розташування атомів. Розраховує відстані та кути між атомами

Chemical Equation Expert

Якщо ви стикалися з органічною хімією чи біохімією, то, напевно, знаєте, які величезні та громіздкі формули там зустрічаються. Для зображення таких формул є спеціальна програма, звана ISIS DRAW.

Тепер розглянемо ці програми докладніше.

Maple - це повноцінна комп'ютерна програма для сучасних математиків, розроблена в Канаді компанією Maplesoft. Як відомо, поганий той хімік, хто має проблеми з математикою. А з математикою хіміку доводиться мати справу, хоче він того чи ні. Якщо Ви зазнаєте труднощів при розрахунку логарифмів, інтегралів тощо, то Maple допоможе Вам вирішити деякі Ваші проблеми. Також збудує за Вас графіки. Крім того, Maple має вбудовані функції та операції. Потужні програмні пакети Maplesoft дозволяють робити складні математичні розрахунки, моделювати процеси та багато іншого.

Принцип роботи в цій програмі схожий на Mathematica. Завжди можна переглянути інструкцію по роботі, викликавши довідку (клавіші ctrl+F1).

Взагалі компанія Maplesoft є провідним постачальником високопродуктивного програмного забезпечення для технічних і природничих наук. Лінійка програмних продуктів досить широка: програмне забезпечення для інженерних розрахунків, для освітніх цілей, для прикладних досліджень, для автоматизації, для авіаційно-космічної промисловості, для енергетичної промисловості, для електроніки. Ціни на продукти цієї компанії різні в залежності від Вашої приналежності до тієї чи іншої категорії покупців (студент, комерційна організація, університет, Державне управління). Також є можливість придбання індивідуальної та колективної ліцензії на використання цього програмного забезпечення.

За більш детальною інформацією Ви можете відвідати сайт www. . Сайт не має російськомовної версії - зайвий привід почати вивчати англійську мову, якщо ще не почали.

Ви можете запитати: "Навіщо мені розбиратися в цій програмі, коли я можу швидко і просто побудувати графік в Excel?" Тут, як то кажуть - на смак і колір товариша немає. SigmaPlot в даному випадку наводиться як альтернативна програма для побудови досить точних графіків.

Ця програма буде корисна насамперед хімікам, які займаються органічною хімією. Якщо ви погано знаєтеся на таких програмах, як "MOPAC", "HyperChem" тощо, або взагалі вперше про них чуєте, то "ChemBio3D" розроблена компанією Cambridgesoft для вас. Для роботи з цим програмним забезпеченням не потрібно вміти вводити z-матриці стартової геометрії молекул, розвинене просторове мислення. Вона дозволяє просторово уявити складні молекули. Розраховує довжини зв'язків, кути між атомами та багато іншого, що дозволяють вищезгадані програми, але в даному випадку без будь-яких зусиль з вашого боку.

Молекулу можна вводити 2 способами: безпосередньо у робочому вікні з простанною молекулою або у вікні "ChemDraw", яке знаходиться праворуч від робочого вікна. Подивитися інформацію про довжини зв'язків і кутів між атомами можна наступним чином: у верхній панелі інструментів Structure-> Measurements->Generate All Bond Lengths/Angles

Chemical Equation Expert

Якщо ви відчуваєте певні проблеми з розміщенням коефіцієнтів в хімічних рівняннях (особливо в ОВР), то ця програма створена для вас. Тут не потрібно знати ні методу електронного балансу, ні методу напівреакцій. Все, що вам потрібно знати, - реагенти та продукти реакцій.

Як із цією програмою працювати? У лівому стовпці, де написано "Reactants", вводьте всі реагенти один під одним. Для кожного реагенту виділяється окремий рядок. Не потрібно писати всі реагенти в один рядок. У другому стовпці записуєте всі продукти реакції. Потім натискаєте кнопку Balance. Якщо все правильно введено, з'явиться напис "Balanced it successfully!". Щоб переглянути результат, у верхньому меню вибираєте "Results". Знаходьте своє рівняння із розставленими коефіцієнтами. Якщо хочете очистити всі результати, натискаєте "Clear all". Якщо виникають питання, то "Examples" наведено вже готові рівняння реакцій. За аналогією з ними вводите свої. Тут наведено приклади введення молекул: Ca(OH)2, (CO3) (знак заряду пишеться післязначення, а сам заряд записується в квадратних дужках), H[+] (значення "1" не записується), CuSO4*5H2O (подвійні солі, гідратовані молекули записуються подібним чином).

Ця програма зручна для розставляння коефіцієнтів, якщо відомі продукти реакції. А якщо продукти невідомі, вона вам не допоможе.

Які ще існують можливості? Існує можливість додавання рівнянь до бібліотеки рівнянь, що дає змогу швидко знаходити необхідне рівняння за допомогою "Search". Є калькулятор, що розраховує маси та кількості речовин. Вибираєте у верхньому меню Calculate. Вибираєте потрібне рівняння реакції за допомогою кнопок "Back" та "Next". Вибране рівняння з'явиться у вікні. І розраховуєте чи кількість, чи масу речовини. Також можна вибрати точність обчислення.

Як нею користуватися? Якщо вам потрібно намалювати цикл, вибираєте необхідний елемент в панелі управління, розташованій вгорі:

Якщо вам потрібно, наприклад, намалювати одинарний, подвійний і потрійний зв'язок, вибрати хімічний елемент, поставити знак + або намалювати стрілочку, вибираєте необхідний інструмент в панелі інструментів, розташованої зліва.

Розберемо кожен інструмент у цій панелі управління.

Якщо навести курсор на перший інструмент і, утримуючи ліву клавішу миші, провести курсор праворуч, з'явиться набір інструментів. Всі вони використовуються для виділення необхідної області, її переміщення та зміни розмірів як пропорційного, так і в одному конкретному напрямку. Перший називається ласо (lasso tool). Можна виділяти будь-які об'єкти, будь-які форми. Другий – інструмент для прямокутного виділення (select tool). Третій - виділення всієї молекули (molecule select tool).

Другий інструмент (rotate tool) використовується повороту молекули. Тут також два інструменти. Один призначений для повороту у площині (2D), а інший – для повороту у просторі (3D).

Третій – це гумка. По клацанню стирає непотрібні зв'язки.

Четвертий – вибір необхідного хімічного елемента. Вибираєте атом в молекулі, який хочете перейменувати (за умовчанням скрізь стоїть вуглець), і в віконці, що з'явилося, вибираєте потрібний вам хімічний елемент або вводите його вручну.

П'ятий інструмент використовується для малювання одинарних, подвійних та потрійних зв'язків.

Шостий - для просторового зображення зв'язків, що у різних площинах.

Сьомий – для зображення ланцюжків атомів різної довжини.

Восьмий - знак "плюс" у рівнянні реакції.

Дев'ятий – різноманітні стрілки (для оборотних, незворотних реакцій...).

Десятий - "атом-атом" карта. Не зовсім зрозуміло, навіщо він потрібний. Ніколи ним не користуюся.

Одинадцятий – інструмент послідовностей. Введіть потрібний хімічний елемент і з'являється ціла молекула на екрані. Її можна редагувати за допомогою відомих вам інструментів.

Дванадцятий – дужки. Використовується для зображення полімерів. Покладаєте в дані дужки повторюваний елемент полімерного ланцюжка, де n показує кількість разів, яке повторюється даний елемент. Також можна ставити значення n.

Тринадцятий – текстове поле. Із самої назви зрозуміло, навіщо вона потрібна.

Чотирнадцятий – інструмент для малювання ліній (прямих, ламаних, закруглених, еліптичних форм).

П'ятнадцятий – для зображення геометричних фігур: прямокутників із гострими та закругленими кутами, полігональних фігур, еліпсів.

Ще необхідно сказати, що в цій програмі є вже готові молекули (ланцюжки атомів, цикли, амінокислоти, вуглеводи тощо). У головному меню вибираєте пункт "Templates", потім вибираєте потрібний об'єкт. Відкривається віконце, в якому будуть готові структури. Вибираєте потрібну, клацнувши по ній лівою кнопкою миші, після чого вставляєте у робоче вікно, також клацнувши лівою кнопкою миші. І ось молекула готова!

І ще один момент. Як експортувати молекулу до Word. Щоб вставити отриману молекулу Word, потрібно в ISIS DRAW виділити її і скопіювати. Інший спосіб - у головному меню вибрати "Файл", потім "Експортувати". Вибираєте потрібний формат та зберігаєте.

Ми розглянули лише деякі програми, але вже їхнє знання та вміння їх використовувати у своїй професії, дуже полегшить життя сучасному хіміку.

ЯМР

Обробка та інтерпретація одновимірних та двовимірних ЯМР даних, підвладна експертам, тепер доступна менш досвідченим користувачам ЯМР завдяки програмному забезпеченню для співвіднесення та розшифрування ЯМР спектрів. Створюйте бази даних експериментальних спектрів та передбачайте ЯМР спектри будь-яких одновимірних та двовимірних експериментів для ваших хімічних структур.

Мас-спектрометрія

Обробляйте та інтерпретуйте мас-спектральні та комплексні дані та зручно керуйте ними. Передбачайте мас-фрагментацію. Використовуйте комплексні набори даних (LC/MS, LC/MS/MS, LC/DAD, CE/MS, GC/MS), щоб виділити хроматографічні компоненти зі складних зразків.

УФ-ІК спектроскопія

Обробляйте, інтерпретуйте та зручно керуйте оптичними спектрами виміряними у широкому діапазоні, що включає весь оптичний діапазон спектроскопії від 1 см-1 до 100,000 см-1 (від 100 до 10,000,000 нм) з використанням методів УФ, ІЧ, видимої та Раманівської спектроскопії.

Хроматографія

Розробляйте, вибирайте та оптимізуйте методи поділу, обробляйте експериментальні хроматограми та керуйте ними, моделюйте LC та GC хроматограми, використовуючи передбачення на основі хімічної структури.

Хімічні бази даних

Поєднайте хімічні знання вашої компанії, прискоріть процес прийняття рішень та збільште оборотність проектів за допомогою потужного, але простого у використанні програмного пакету. Зберігання та керування всією інформацією для кожної структури, реакції, синтетичної послідовності, додавання пов'язаних даних, таких як біологічна та токсикологічна інформація, описові текстові поля, ідентифікатори проекту, посилання на пов'язані документи та аналітичні дані – все з повноцінними можливостями пошуку за структурними або текстовими запитами .

Передбачення фізико-хімічних властивостей та токсичності (ADME/Tox)

PhysChem Suite

Повний набір інструментів для передбачення молекулярних фізичних властивостей на основі хімічної структури, що включає pKa, logP, logD, та розчинність залежно від pH

ADME/Tox Prediction (Pharma Algorithms)

Об'єднання передбачуваної програми ADME/Tox компанії Pharma Algorithms з результатами розрахунків фізикохімічних властивостей ACD/Labs дозволяє точно прогнозувати ADME та токсичність для широкого ряду сполук. Моделюйте ефекти від зміни структури та використовуйте власні дані для збільшення точності передбачень.

Хімічна номенклатура

Генеруйте систематичні номенклатурні імена (або конвертуйте імена в структури) згідно з правилами IUPAC та CAS Index, використовуючи програмне забезпечення визнане галузевим стандартом і вже використовуване безліччю вчених та компаній у хімічній та фармацевтичній галузях.