Ghemicalin peruskäyttö

Ghemical on vaativaan käyttöön soveltuva kemiallisten molekyylien mallinnusohjelma. Ohjelma toimii hyvin myös peruskäytössä, esimerkiksi orgaanisen kemian molekyylien piirtämiseen ja esittämiseen kolmiulotteisesti. Ghemicalin avulla molekyylien rakennetta on mahdollista esitellä ja opiskella hyvin havainnollisesti.

Mitä tämä artikkeli käsittelee?

Tässä oppaassa tutustutaan Ghemical-ohjelmiston perustoimintoihin sekä tutustutaan yksinkertaisen esimerkin avulla molekyylin mallintamiseen. Ghemical on vaativaan käyttöön soveltuva ohjelmisto jonka kaikista ominaisuuksista peruskäyttäjän ei välttämttä tarvitse olla tietoinen. Ohjelma on tällä hetkellä saatavilla vain englannin kielisenä ja sen käyttöliittymä saattaa näyttää erilaiselta ohjelman eri versioiden välillä.

Ohjelman toiminnot

Ghemicalin perusikkuna näyttää perustilassa seuraavalta.

1. Työkalurivi - Ohjelman päätyökalut
2. Välilehdet
3. Mallinnustila - Kolmiulotteinen alue jossa molekyylit esitetään ja mallinnetaan
4. Ohjelman tulosteet - Viestit joita ohjelma tulostaa toimintoihin liittyen

Lisää ohjelman toimintoja on saatavissa napsauttamalla mallinnustilaa hiiren oikealla napilla. Tällöin avautuu seuraavanlainen valikko. Valikon jokaista toimintoa ei tulla käymään tässä oppaassa läpi.

Työkalurivi

Työkalurivin toiminnot ovat seuraavat.

[[Image:]]

1. Draw - Piirtotyökalu jolla haluttuja alkuaine atomeita voidaan lisätä napsauttamalla mallinnusaluetta sekä lisätä niiden välisiä sidoksia
2. Erase - Pyyhekumityökalu jolla voidaan poistaa yksittäisiä atomeita niitä napsauttamalla
3. Select - Valintatyökalu jolla voidaan valita haluttuja atomeja aktiiviseksi niitä napsauttamalla
4. Zoom - Zoomaus työkalu joka toimii pitämällä mallinnusalueella hiiren ykköspainiketta pohjassa ja liikuttamalla hiirtä eteen-taaksesuunnassa
5. Trans XY - Liikuta mallinnusaluetta XY-suunnassa
6. Trans Z - Liikuta mallinnusaluetta Z-suunnassa (muistuttaa Zoomia)
7. Orbit XY - Kierrä mallinnusaluetta XY-suunnassa
8. Orbit Z - Kierrä mallinnusaluetta Z-suunnassa
9. Rotate XY - Pyöritä mallinnusaluetta XY-suunnassa
10. Rotate Z - Pyöritä mallinnusaluetta Z-suunnassa
11. Measure - Mittaa atomien välisiä etäisyyksiä napsauttamalla haluttuja atomeja
12. Element - Valitse (Draw-työkalulla) piirrettävä atomi jaksollisesta järjestelmästä
13. Bond type - Valitse atomien välisen sidoksen tyyppi
14. Setup - Asetuksia

 

Molekyylin mallintaminen

Seuraavassa mallinnetaan propaani-molekyyli joka on yksikertainen, suoraketjuinen alkaanihiilivety. Propani koostuu kolmesta hiiliatomista ja kahdeksasta vetymolekyylistä.  Seuraavia vaiheita voidaan hyvin soveltaa erilaisten hiilivetyjen tekemiseen.

Hiilirungon tekeminen

Ensimmäisenä propaanista tehdään sen kolmihiilinen runko. Tämä tapahtuu pääasiallisesti Draw- ja element-työkaluja käyttäen.

• Napsauta Element-työkalua
• Valitse lisättäväksi alkuaineeksi hiili (C)

[[Image:]]

• Valitse Draw-työkalu
• Napsauta mallinnusaluetta hiiren ykkspainikkeella. Tällöin atomi lisätään alueelle.

[[Image:]]

• Lisää samalla tavalla vielä kaksi atomia yhteen riviin

[[Image:]]

Hiilien lisäämisen jälkeen lisätään niiden väliset yksinkertaiset sidokset.

• Valitse Bond type
• Valitse sidoksen tyypiksi yksinkertainen (single)

[[Image:]]

• Varmista että Draw-työkalu on valittuna
• Siirrä hiiri ensimmäisen hiilen päälle, paina hiiren ykköspainike pohjaan ja vedä sidos viereiseen hiilen pitämällä painiketta pohjassa

[[Image:]]

• Toista tämä toisen ja kolmannen hiilen kanssa

[[Image:]]Nyt hiilirunko on valmis.

Vetyjen lisääminen

Yksittäisen vedyt on mahdollista lisätä samalla tavalla kuin edellä tehty hiilirunko. Eli valitsemalla alkuaineeksi vedyn, lisäämällä jokainen vety yksitellen ja lopuksi piirtämällä niiden väliset sidokset

Ghemical tarjoaa kuitenkin myös helpomman tavan vetyjen lisäämiseen, joka tapahtuu seuraavasti.

• Valitse Select-työkalu
• Napsauta yksitellen jokaista hiili atomia niin että ne muuttavat värinsä vaalean punaisiksi
• Napsauta mallinnusalueella hiiren kakkospainiketta
• Valitse avautuvasta valikosta Build > Hydrogens > Add

[[Image:]]

Tällöin Ghemical lisää automaattisesti oikean määrän vetyatomeja hiilien ympärille.

[[Image:]] 

Napsauttamalla hiiliatomeja uudelleen Select-työkalulla saadaan atomien valinta poistettua ja väri takaisin harmaaksi.

Molekyylin rakenteen optimointi

Piirrettäessä molekyylejä vapaalla kädellä atomien etäisyydet ja niiden väliset kulmat eivät tule oikein. Piirtämisen jälkeen rakenne voidaan automaattisesti optimoida seuraavasti.

• Napsauta mallinnusalueella hiiren kakkospainiketta
• Valitse avautuneesta valikosta Compute > Geometry optimization...

[[Image:]]

Molekyylimallin pyörittäminen

Molekyyliä voidaan vapaasti pyörittää kolmiulotteisessa avaruudessa työkalurivin toimintojen avulla. Helpoin työkalu tähän on Orbit XY-toiminto. 

• Valitse Orbit XY
• Paina hiiren keskipainike pohjaan ja liikuta hiirtä

Näin molekyyliä voidaan vapaasti pyörittää haluttuun katselukulmaan.