Hlavní navigace

Modelujeme molekuly s vědeckým software Avogadro

Michal Černý

V dnešním článku o software pro výuku nejen ve školách se podíváme na nástroj, který umožňuje vytvářet modely molekul a vytvořit tak lepší představu o tom, jak vlastně dané sloučeniny vypadají. Avogadro je nástroj běžně používaný pro vědecké účely, ale díky jednoduchému ovládání může posloužit i laikům.

Vizualizace chemických sloučenin je velice podstatnou součástí výuky na jakémkoli stupni škol, ale nejen tam – často jen potřebujeme získat představu jak daná struktura vypadá, abychom dokázali dále hovořit o jejích vlastnostech.

Avogadro je poměrně robustní program, jehož cílem je modelování molekul, zvláště pak těch organických, a studium jejich struktur. Jedná se aplikaci, která je k dispozici zdarma jak pro Windows, tak také pro MAC OS a Linux (je standardní součástí repozitářů např. Ubuntu). Výhodou je lokalizace do mnoha jazyků, včetně češtiny (ač ji můžeme hodnotit jako poměrně kostrbatou až šroubovanou). Je založen na knihovně Qt, napsán v C++ a šířen pod licencí GNU GPL. Je ho tedy možné používat jak na školách, tak také v komerční sféře bez obav z možného postihu.

Zajímavé je, že aplikace podporuje rozšíření, takže její funkčnost není ani v nejmenším omezená tím, co tvůrci zařadili do základního balíčku. Rozšíření je možné psát buď v C++ nebo v Pythonu. Jestli lze programu něco naopak vytknout, tak je to především malá stabilita. Alespoň v Ubuntu poměrně často padá, nebo alespoň na dlouhou dobu zatuhne. Na jinak poměrně sympatickém programu je to vada na kráse větší, než by asi bývalo bylo nutné.

Samotná aplikace není primárně určena pro školské účely, ale pro počítačovou chemii, modelování molekul, bioinformatiku, nauky o materiálech a další příbuzné obory. To ale neznamená, že by se pro školské potřeby využít nedala, jen nabízí možnosti také o několik řádů vyšší.

Avogadro se totiž snaží, aby jeho prostředí bylo stejně dobře použitelné jak pro odborníky, tak také pro studenty a širokou veřejnost. Pravdou ale je, že alespoň pro některé základní operace se hodí sáhnout po manuálu, který je uvedený na domovských stránkách. Pak je již možné pokračovat v samostatné činnosti dále.

Základní možnosti

Aplikace je určená na studium molekul a abyste je nemuseli sami vytvářet od píky (což samozřejmě jde), je k dispozici velká databáze základních prvků jako jsou alkoholy, cukry a mnohé další. Mimo to zaujme také pěkně udělaný editor peptidů, které je možné si po jednotlivých kouscích poskládat. Ve výsledném naklikaném dílu je možné provádět úpravy jednotlivých molekul. Výhodu je, že aplikace sama optimalizuje délku vazeb a jejich uspořádání tak, aby odpovídaly realitě.

Možnosti nastavení jsou poměrně široké, můžete definovat, zda je látka pravo- či levotočivá, úhly atp. Práce je poměrně intuitivní a pohodlná. Jediné, co je poněkud zarážející, je skutečnost, že pozadí je v základním provedení nastaveno na stejnou barvu jako vazby.

Pokud jde o základní možnosti nastavení zobrazení, pak je možné zobrazovat všemožné informace – od vodíkových můstků, přes sféry Van der Waalsových sil, vazby nebo úhly mezi vazbami… Samotné prohlížení výsledků má dva módy – buď si můžete úhly nastavit sami pomocí levého tlačítka nebo tahem myši nastavit osu otáčení a rychlost rotace. Pro různé demonstrace se jedná o poměrně pěkný a efektní jev.

Tím ale možnosti Avogadro rozhodně nekončí. Je možné sledovat tepelné vibrace a pohyby molekul (bohužel jen na vybraných teplotách), pracovat s krystaly nebo pozorovat orbitaly. Zde asi školské využití pomalu končí a na scénu přicházejí funkce opravdu pokročilé.

Aplikace je určená mimo jiné pro kvantové chemiky, takže nechybí generování vstupu pro Gaussian, GAMESS a MOLPRO. Aplikace umožňuje poměrně dobře analyzovat molekuly, vypisovat vlastnosti jednotlivých atomů ve vztahu k celku nebo vytvářet vibrační spektra.

Molekuly lze samozřejmě ukládat a načítat z paměti. Aplikace dokáže modelovat také působení polí na molekuly, vypočítat vazebné energie, měřit vzdálenosti mezi atomy, úhly,… Možností je opravdu nepřeberné množství. Navíc možnosti skriptování v Pythonu umožňují ještě lepší využití potenciálu aplikace.

Závěrem

Popsat alespoň stručně všechny možnosti, které Avogadro nabízí pro chemiky, by bylo nejméně na jednu knihu. Aplikace nabízí možnost přístupu k zajímavým vědeckým informacím v podstatě komukoli a její využití ve školství se doslova nabízí. Celkově se jedná o výborný nástroj, který mohou používat odborní chemici, fyzici nebo materiáloví inženýři, a to i bez předchozích znalostí, které by se týkaly ovládání programu.

Na druhou stranu je zde velká nevýhoda v poměrně malé stabilitě aplikace, což je ostatně největší slabina celého projektu. Vývoj je ale poměrně živý, a tak se možná dočkáme v dohledné době změny právě tímto směrem. Pokud si chcete užít zajímavé experimenty s molekulami, ať jste z jakéhokoli oboru, tak Avogadro otvírá dveře pro takové pozorování a pokusy a bylo by škoda jimi do světa chemie alespoň nenakouknout.

Našli jste v článku chybu?

24. 11. 2010 23:24

Viktor z VŠCHT (neregistrovaný)

Můj názor na Avogadro není zcela aktuální, ale kromě problému se stabilitou, který mě zas tak netrápil, bych spíš považoval za problém import a export různých formátů, při kterém je schopen úplně zmatlat strukturu molekuly do naprosto nepochopitelných konstitucí. Také mi dost nevyhovuje to žalostné základní nastavení barev, které se rádo i měníva po načtení souborů. Stylem ovládání mi to připomíná Chem3D od Cambridge Softu, nebylo by to špatné, ale spousta těch chyb je zásadní.

24. 11. 2010 0:17

Jenda (neregistrovaný)

Ten chytrý pán se jmenoval Avogadro, ne Avogardo :-)

Podnikatel.cz: 1. den EET? Problémy s pokladnami

1. den EET? Problémy s pokladnami

Podnikatel.cz: Přehledná titulka, průvodci, responzivita

Přehledná titulka, průvodci, responzivita

DigiZone.cz: „Black Friday 2016“: závěrečné zhodnocení

„Black Friday 2016“: závěrečné zhodnocení

Lupa.cz: Kdo pochopí vtip, může jít do ČT vyvíjet weby

Kdo pochopí vtip, může jít do ČT vyvíjet weby

DigiZone.cz: Flix TV startuje i na Slovensku

Flix TV startuje i na Slovensku

Vitalia.cz: I církev dnes vyrábí potraviny

I církev dnes vyrábí potraviny

Vitalia.cz: Když přijdete o oko, přijdete na rok o řidičák

Když přijdete o oko, přijdete na rok o řidičák

Vitalia.cz: 9 největších mýtů o mase

9 největších mýtů o mase

Podnikatel.cz: EET: Totálně nezvládli metodologii projektu

EET: Totálně nezvládli metodologii projektu

Vitalia.cz: Spor o mortadelu: podle Lidlu falšovaná nebyla

Spor o mortadelu: podle Lidlu falšovaná nebyla

Lupa.cz: Co se dá měřit přes Internet věcí

Co se dá měřit přes Internet věcí

Měšec.cz: mBank cenzuruje, zrušila mFórum

mBank cenzuruje, zrušila mFórum

Vitalia.cz: „Připluly“ z Německa a možná obsahují jed

„Připluly“ z Německa a možná obsahují jed

Vitalia.cz: Co pomáhá dítěti při zácpě?

Co pomáhá dítěti při zácpě?

Vitalia.cz: Paštiky plné masa ho zatím neuživí

Paštiky plné masa ho zatím neuživí

Vitalia.cz: Proč vás každý zubař posílá na dentální hygienu

Proč vás každý zubař posílá na dentální hygienu

120na80.cz: Na ucho teplý, nebo studený obklad?

Na ucho teplý, nebo studený obklad?

Vitalia.cz: Jsou čajové sáčky toxické?

Jsou čajové sáčky toxické?

Měšec.cz: Kdy vám stát dá na stěhování 50 000 Kč?

Kdy vám stát dá na stěhování 50 000 Kč?

Vitalia.cz: Znáte „černý detox“? Ani to nezkoušejte

Znáte „černý detox“? Ani to nezkoušejte