Большинство программ для визуализации предоставляет также широкие. Для ознакомления с работой XMD можно порекомендовать построить кристаллическую решетку какого-либо вещества и просмотреть ее с помощью программы визуализации пакета - xmdview. Возможен поиск по названию минерала, химическому составу, авторам, по параметрам кристаллической решетки и дифракционным данным. Mercury - программа для визуализации кристаллических структур. Кристаллической решетки, атомный радиус, комбинированная.
- Посоветуйте, пожалуйта, какую-нибудь программу для визуализации кристаллических структур. Далее, найдя нужный cif можно визуализировать структуру с помощью некоторого софта.
- Предлагаю провести последнюю в этом году практику по прокачке кристаллической решетки и своих собственных кристаллов. Если у вас есть хорошая визуализация, то постарайтесь найти на КР темные части (где светимость ниже остальных) и залить их светом до.
- 3D Иллюстрация: молекулярная Кристаллическая решетка, визуальная модель.
- В результате работы программы получаются коор-динаты всех ионов кластера. Это дает возможность построить искаженную. 3 представлена для большей нагляд-ности визуализация модели кристаллической решетки твердого раствора Ni0.3Zn0.7O для 64 ионов.
- В качестве примера можно привести возможные программы поддержки исследований дефектов кристаллической решетки. Анализ и обобщение функциональности средств научной визуализации в кристаллографии.
Программное обеспечение для визуализации химического строения вещества. Brief review of main types and uses of software for chemical structures visualization is presented in this abstract.
Current situation with free chemical visualization software as well as some actual tasks and problems in chemical structure analysis are discussed. Одни из важнейших объектов, которыми оперирует химия, — атомы и молекулы — практически недоступны для прямого экспериментального наблюдения. В то же время, взаимное расположение атомов в веществе несет важнейшую информацию о его строении и возможных свойствах. В настоящее время для анализа строения вещества на атомно- молекулярном уровне активно применяется специализированное программное обеспечение. Целью работы является обзор существующих типов графического представления атомно- молекулярной структуры вещества, основных задач (решенных и актуальных) такого представления, и ситуации со свободным программным обеспечением для визуализации химических структур. С помощью ПО для визуализации химических структур решаются следующие задачи: Подготовка рисунков для публикаций; Анализ параметров структуры (измерение расстояний между атомами, углов между связями, проверка наличия пустот и т. Подготовка входных данных для других программ, выполняющих анализ или моделирование (квантовохимическое, молекулярно- механическое, поиск по базам данных и т.
Анализ результатов вычислений, выполненных другими программами. Большинство программ для визуализации предоставляет также широкие возможности для редактирования химических структур или создания их с нуля. Основными элементами для отображения являются атом и связь.
D и “2,5. D” визуализаторы (редакторы). Отображают исключительно связность атомов в химической структуре (как правило, органической молекуле), не отображая расположения атомов в пространстве друг относительно друга, а также длин связей, углов между связями и расстояний между атомами (рис. Атомы обозначаются символами соответствующих элементов или вершинами геометрических фигур (вершина без символа обозначает атом углерода); атомы водорода, как правило, опускаются (они могут быть достроены в воображении зрителя, исходя из валентностей атомов, около которых находятся). Связи обозначаются ребрами геометрических фигур (стиль отрисовки линии обозначает тип связи — одинарная, двойная, тройная, координационная и т. Кроме единичных формул, могут изображаться схемы реакций. Изображение плоское (2. D) и, как правило, не требует цвета и сложных полутонов — таким образом, рисунки такого типа могут быть без адаптации использованы для печатных работ.
В подавляющем большинстве случаев структуры сохраняются в специальных форматах, рисунок может быть экспортирован в виде растрового или векторного графического файла, а также (под Windows) с помощью OLE. Подписи, стрелки и другие элементы схем могут быть добавлены как в самом редакторе, так и при постобработке. Исторически подобный способ изображения молекул (несколько отличающийся по используемым обозначениям) появился в середине XIX века . Для нужд современной органической химии были добавлены условные обозначения и стандартные проекции, необходимые для указания конфигурации оптических изомеров (рис. D и 3. D. Дополнительное использование — подготовка запросов для поиска по базам данных (по фрагменту структуры), а также для предсказания ЯМР- спектров. Свободное ПО для 2.
D- визуализации (GChem. Paint, BKChem) существует, однако имеет очень бедный функционал и проигрывает в сравнении с проприетарными аналогами (ACD/Chem. Sketch, ISIS/Draw). Шаблоны для La. Te. X еще беднее по возможностям и используются крайне редко. D визуализаторы. Изображают координаты атомов в трехмерном пространстве, а также, опционально, связность.
Молекула может быть представлена как набор атомных ядер, вокруг которых расположены электроны (которые могут быть представлены в виде некоторого распределения электронной плотности, подчиняющегося уравнениям квантовой химии). Скорость движения ядер считается существенно более низкой, чем скорость движения электронов, что позволяет эти движения рассматривать независимо друг от друга (принцип Борна- Оппенгеймера). Таким образом, координаты атомов представляют собой координаты их центров (ядер), причем в зависимости от целей исследования может рассматриваться как некоторые статические координаты, так и анимация движения ядер. Что касается электронной плотности вокруг ядер, то ее полное представление как функции от пространственных координат очень сложно для наглядного построения и малоинформативно, потому применяются (рис. Каркас; Стержни; Шары и стержни; Сферы ван дер Ваальса. Размеры изображений атомов и связей во всех моделях, кроме размеров сфер ван дер Ваальса, являются условными величинами, и их выбор определяется исключительно удобством представления — чем больше размеры, тем легче восприятие отдельных атомов, но тем больше атомы заслоняют друг друга. Для общего анализа геометрии сложной молекулы, состоящей из сотен атомов, больше подойдет изображение в виде каркаса, для подробного анализа более простых молекул — шаростержневая модель.
Особое место занимает отображение атомов в виде сфер с радиусом, равным ван- дер- ваальсовским радиусам этих атомов, которое позволяет оценить пространство, доступное для других молекул. В отличие от 2. D- рисунков, использование меток и подписей в 3. D- изображениях молекулярных структур ограничено, потому более интенсивно используются цветовые схемы (например, раскрашивание атомов разных элементов в разные цвета). Это ведет к получению более эффектных изображений, но усложняет подготовку рисунков для черно- белой печати.
Примеры свободных программ: Avogadro, Gabedit, Py. MOL. В целом, наиболее известные и продвинутые 3. D визуализаторы относятся к свободному ПО. D- визуализаторы, как правило, имеют инструменты для вращения, приближения- удаления, перемещения изображаемой молекулы, а также для измерения расстояний между атомами, углов между тройками атомов, а также диэдральных углов между плоскостями, задаваемыми четырьмя атомами. В ситуациях, когда координаты атомов в некоторой молекуле из эксперимента неизвестны, и необходимо получить приближенное строение молекулы, для которой известно только химическое строение (связность атомов), важным функционалом 3. D- визуализаторов является возможность “рисования” молекул и первичной оптимизации их геометрии (последняя, как правило, заключается поиске геометрии, имеющей минимальную энергию, методом молекулярной механики, в ряде случаев с применениями ограничений на изменения координат).
Примером программы, реализующей такую возможность, является Avogadro, основанная на библиотеке Open. Babel (которая, среди других вариантов, реализует силовое поле UFF, параметризованное для всех элементов от водорода до лоуренсия, что позволяет “рисование” как органических, так и неорганических, в том числе металлокомплексных, молекул).
D- визуализаторы используются также как средство для анализа результатов квантовохимического моделирования, в том числе построения изображений молекулярных орбиталей (рис. Полученные изображения молекулярных структур сохраняются в специальных форматах (как правило, содержащих в том или ином виде координаты атомов и описание связей) и могут быть экспортированы в растровые или векторные изображения (в отличие от 2. D- редакторов, возможности по добавлению текста или элементов схем в 3. D редакторах намного беднее, однако, это можно сделать с помощью графических редакторов). Кроме того, ряд программ имеет возможность экспортировать сценарий для создания POV- Ray сцены (с ограниченными настройками, рис.
Существуют плагины, позволяющие работу с молекулами в Blender, однако их функционал, равно как и размер импортируемых молекул, ограничены. Визуализаторы кристаллических структур. Во многом похожи на 3. D- визуализаторы, но отличаются полноценной возможностью работать с кристаллическими структурами — бесконечными периодическими системами (рис. Соответственно, этот класс программ имеет возможность размножать элементы кристаллической решетки необходимое число раз операциями трансляции, ограничивать отображение отдельными цепочками или слоями с учетом трансляций, наращивать отображаемую структуру с учетом трансляций, ориентировать структуру вдоль осей элементарной ячейки и т. Дополнительными востребованными возможностями является анализ пористой структуры — объем (процент) пустот в кристалле, диаметр и форма пор, в том числе (в случае пор сложного строения) диаметр и форма сужений и расширений пор. Некоторые визуализаторы кристаллических структур (или сопряженные с ними программы) умеют также получать структуры путем обработки данных рентгеноструктурного анализа.
К сожалению, в свободном ПО возможности работы с кристаллическими структурами крайне ограничены. Текущие проблемы и задачи. Потребность в новых возможностях манипуляции кристаллическими структурами, в частности, подготовка входных данных и анализ результатов для квантовохимических расчетов с периодическими краевыми условиями (генерация суперячеек, преобразование в специфические форматы файлов, добавление гостевых молекул и т. Продвинутый анализ микропористой (с диаметром пор до 2 нм) структуры: характеризация размеров и формы пор с учетом того, что размер поры сравним с размерами атомов (т. Некоторые работы на уровне proof of concept ведутся нами: так, доступность пор координационного полимера HKUST- 1 (бензолтрикарбоксилата меди), катализирующего сочетание салицилового альдегида с нитрометаном с образованием транс- нитровинилфенола, для реагентов и продукта реакции была показана нами путем определения величины энергии активации диффузии молекул в поре HKUST- 1 методом молекулярной механики .
Выводы. Таким образом, программное обеспечение для визуализации химического строения вещества является важным инструментом в работе химика, применяемым для ряда связанных между собой задач: анализа строения вещества, подготовки и интерпретации результатов компьютерного моделирования химических веществ и процессов, а также подготовки материалов для публикаций.