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 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.
Käyttöliittymä koostuu seuraavista osista:
- Työkalurivi - Ohjelman päätyökalut
- Välilehdet
- Mallinnustila - Kolmiulotteinen alue, jossa molekyylit esitetään ja mallinnetaan
- Ohjelman tulosteet - Viestit joita ohjelma tulostaa toimintoihin liittyen
Lisää ohjelman toimintoja on saatavissa napsauttamalla mallinnustilaa hiiren oikealla napilla. Valikon jokaista toimintoa ei tulla käymään tässä oppaassa läpi.
Työkalurivi
Työkalurivin toiminnot ovat seuraavat.
- Draw - Piirtotyökalu jolla haluttuja atomeita ja niiden välisiä sidoksia voidaan lisätä napsauttamalla mallinnusaluetta
- Erase - Pyyhekumityökalu jolla voidaan poistaa yksittäisiä atomeita niitä napsauttamalla
- Select - Valintatyökalu jolla voidaan valita haluttuja atomeja aktiiviseksi niitä napsauttamalla
- Zoom - Zoomaustyökalu joka toimii pitämällä mallinnusalueella hiiren ykköspainiketta pohjassa ja liikuttamalla hiirtä eteen-taaksesuunnassa
- Trans XY - Liikuta mallinnusaluetta XY-suunnassa
- Trans Z - Liikuta mallinnusaluetta Z-suunnassa (muistuttaa zoomia)
- Orbit XY - Kierrä mallinnusaluetta XY-suunnassa
- Orbit Z - Kierrä mallinnusaluetta Z-suunnassa
- Rotate XY - Pyöritä mallinnusaluetta XY-suunnassa
- Rotate Z - Pyöritä mallinnusaluetta Z-suunnassa
- Measure - Mittaa atomien välisiä etäisyyksiä napsauttamalla haluttuja atomeja
- Element - Valitse (Draw-työkalulla) piirrettävä atomi jaksollisesta järjestelmästä
- Bond type- Valitse atomien välisen sidoksen tyyppi
- Setup - Asetuksia
Molekyylin mallintaminen
Seuraavassa mallinnetaan propaanimolekyyli, joka on yksikertainen, suoraketjuinen alkaanihiilivety. Propaani koostuu kolmesta hiil- ja kahdeksasta vetyatomista. 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)
- Valitse Draw-työkalu
- Napsauta mallinnusaluetta hiiren ykköspainikkeella. Tällöin atomi lisätään alueelle.
- Lisää samalla tavalla vielä kaksi atomia yhteen riviin
Hiilien lisäämisen jälkeen lisätään niiden väliset yksinkertaiset sidokset:
- Valitse Bond type
- Valitse sidoksen tyypiksi yksinkertainen (single)
- Varmista että Draw-työkalu on valittuna
- Siirrä hiiri ensimmäisen hiilen päälle, paina hiiren ykköspainike pohjaan ja vedä sidos viereiseen hiilen pitämällä painiketta pohjassa
- Toista tämä toisen ja kolmannen hiilen kanssa
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 hiiliatomia niin, että ne muuttavat värinsä vaalean punaisiksi
- Napsauta mallinnusalueella hiiren kakkospainiketta
- Valitse avautuvasta valikosta Build -> Hydrogens -> Add
Tällöin Ghemical lisää automaattisesti oikean määrän vetyatomeja hiilien ympärille.
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...
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.