多媒体技术应用在《结构化学》课程中应用

多媒体技术应用在《结构化学》课程中应用§1函数图(2D)制作示意图

可选用各种绘图软件中曲线绘制工具，如Office的“绘图”工具、Chemwin、CorelDraw2D函数图

可选用各种绘制函数图的软件，如Origin、Sigmaplot等示意图例1—状态函数和概率dxx+dxx||2||2dx本图参考Atkins“Atkins’PhysicalChemistry”自选图形—线条—曲线绘制曲线鼠标右键“编辑顶点”调整画坐标、2条竖线、2箭头自选图形—线条—任意多边形，画出阴影部分调整线粗细加文本框注解选上所有的对象，鼠标右键—组合(也可^x剪切，选择性粘贴为Windows元文件)几个小技巧：画直线或箭头按Shift键容易画水平或垂直线；调整线长短时按Shift键不改变线的方向；使用键盘↑↓←→键调整对象位置时，按Ctrl键可逐点移动示意图例2—苯HMO能级程序：Chemwin选粗键，按Shift拉长选择刚画好的键，按Ctrl复制两个到第二排选择第二排两个键，^k(或“Arrange-SpaceObjects”)排列对象，水平30点^G将二个键组合为组复制这两个二个键二次复制第一个键，12221形式全选(^A)，^k，垂直排列对象30个点删除中间两个键鼠标右键T，输入a+b，字体更改为Symbol复制到合适位置，更改为各能级值加上电子、苯结构式Chemwin使用可参考网站讲义《计算机在化学中的应用》函数图例4—氢原子2s轨道径向分布函数图程序：Origin打开Origin点击“NewGraph”按钮Graph—AddFuctionGraphPlotDetail窗口，F1(x)处输入函数

x^2*(2-x)^2*exp(-x)/8按OK双击x轴和y轴，调整坐标范围修饰，得到函数图Origin使用可参考网站讲义《计算机在化学中的应用》函数图例3—氢原子dxy轨道角度部分函数图程序：Origin打开Origin鼠标右击Data1窗口A(X)位置选择SetColumnValue按右图输入列号范围(1-361)和公式(i-1)*pi/180

产生0~360°的弧度值右击B(Y),设置列值为Y的函数值：

(15/pi)^0.5*0.25*sin(col(A)*2)空白处鼠标右击，添加两列右击C(Y)和D(Y)，分别设两列值为

col(B)*cos(col(a))与col(B)*sin(col(a))右击C(Y)—setasX选择C(X2)与D(Y2)，PlotLine按钮鼠标右击Graph1窗口的“1”处，选择LayerProperty，设置纸宽高一致，显示比例相同修饰图形§2函数图(3D)制作地形图(包括网格图，等高线图等)

可使用Surfer，Calc3D,等轮廓图(如波函数轮廓图等)

可使用量子化学工具AtomOrbital、VMD、Gabedit、GaussView、POVRAY等等地形图例1.氢原子3s轨道波函数网格图程序：Surfer打开Surfer网格—函数输入函数(放大了250倍)，确认 z=(27-18*sqrt(x*x+y*y)+2*(x*x+y*y))*exp(-sqrt(x*x+y*y)/3)地图—线框图—打开out.grd双击线框图，调整查看角度，调整比例，不显示基面双击轴，将轴显示略去，直接拷贝即可得到网格图，也可输出为WMF格式地形图例2.氢原子3s轨道电子云黑点图程序：Surfer打开Surfer网格—函数输入函数(放大了倍数)，设增量0.2确认 z=pow(((27-18*sqrt(x*x+y*y)+2*(x*x+y*y))*exp(-sqrt(x*x+y*y)/3)),2)地图—等值面图—打开out.grd双击等值面图，“常规”，选“填充、平滑等值线”等级，设等值线等级填充—前景色，将0设为白色，20设为黑色线条—式样为不可见标注—设到边界距离5in(不需要标注)不显示坐标即可得到电子云黑点图由于矢量图太大，建议输出位图地形图例3.二维势箱波函数图程序：Calc3D打开Calc3D下拉菜单选择3D-Data函数形式选择Z(x,y)函数栏添函数(8为调整函数值大小) 8*sin(pi*x)*sin(2*pi*y)设置x,y范围为0~1单击Calculate按钮，得到函数图调整z方向显示比例设置表面颜色设置是否显示坐标和箱子鼠标右键可选择图形编辑形式可保存为WMF格式轮廓图例4.三维势箱波函数图程序：SurfX3D打开SurfX3DNew—f(x,y,z)=0

F(x,y,z)=abs(C1*C2*C3)-0.1 C1=sin(2*x*pi) C2=sin(2*y*pi) C3=sin(2*z*pi)设置显示表面颜色

R=C1*C2*C3*1000 G=0 B=-C1*C2*C3*1000设置x,y,z范围0~1，MeshSize为50调整显示x,y,z方向的线，线数20点Draw按钮画图^C即可拷贝图片，也可输出为VRML和POVRAY格式轮廓图例5.原子轨道轮廓图程序：OrbitalViewer单击New按钮，默认画出4fz3轨道单击Orbital按钮“=”n=3，l=d，m=0，Done显示3dz2轨道设置渲染的形式、点数、颜色等各种参数，可得到好的效果可存为位图或VRML1.0格式轮廓图例6.原子轨道轮廓图程序：POVRAY作为专业绘图程序，POVRAY《结构化学》素材显得非常简单，但效果非常好，下面是主要部分(参考3pz.pov)注意POVRAY是左手坐标系，需要更换Camera//设置相机参数light_source//设置光源Background//设置背景颜色union{sphere{<0,0,0>,1pigment{rgbt<1,1,1,0>}finish{F}}//原子核object{//函数轮廓isosurface{function{0.001*z*(6-sqrt(pow(x,2)+pow(y,2)+pow(z,2)))*exp(-sqrt(pow(x,2)+pow(y,2)+pow(z,2))/3)+0.0007}contained_by{sphere{<0,0,0>Axis-1}}accuracy0.2max_gradient0.02open}pigment{rgbt<1,0,0,0.0>}finish{F}}cylinder{<0,-Axis,0>,<0,Axis,0>,0.18/Scalepigment{rgb<1.0,1.0,0.0>}finish{F}}//圆柱cone{<0,Axis,0>,0.72/Scale<0,Axis+2.4/Scale,0>,0pigment{rgb<1.0,1.0,0.0>}finish{F}}//圆锥//写坐标符号text{ttf"timesi.ttf""x"0.10.1pigment{rgb<1.0,1.0,0.0>}finish{F}scale3.6/Scaletranslate<-3/Scale,0,Axis-1>rotate<-90,0,0>}scaleScale//设置放大比例rotate<0,-3.3,0>//设置转动角度translate<0,0,1>//移动位置}轮廓图例7.分子轨道轨道轮廓图程序：Hyperchem(商业软件)专业分子模拟程序构建苯分子Setup选择半经验量子化学计算方法AM1Compute进行优化Compute—Orbitals修饰分子和分子轨道图可直接拷贝位图轮廓图例8.分子轨道轨道轮廓图程序：GaussianGaussView(商业软件)专业量子化学计算程序Gaussian计算苯分子(AM1)%chk=ben.chkGaussView打开ben.chkResult—SurfaceCubesActions—NewCube选择分子轨道，序号11SurfaceActions—NewSurface显示苯的分子轨道可存为BMP文件轮廓图例9.分子轨道轨道轮廓图程序：Arguslab(Free)专业分子模拟程序构建苯分子，并保存(必须)Calculation选择OptimizeGeometryQM选择半经验量子化学方法AM1Start进行优化Calculation选择Energy选择Surface性质-选择分子轨道13~18OKStartSurface-MakeSurfaces鼠标将MO18拖到Grid窗口，CreatCurrentlyDefinedSurface中选SimpleSurface按ToggleDisplay、OK可以存BMP或POV文件轮廓图例10.分子轨道轨道轮廓图程序：Gabedit(Free)专业分子模拟显示程序可以读各种量子化学软件的输出文件右图通过Gaussian输出的CH4分子轨道Cube文件绘制可以存BMP或POV文件BMPPOVRAY§3分子结构图(3D)制作直接使用各种分子模拟显示软件

Vewerlite，Gabedit,VMD，Argulab…POVRAY

先采用分子模拟软件输出POV文件，再用POVRAY渲染分子对称元素

在标准分子结构上加对称元素分子结构制作HyperchemViewerProArgusLabGaussViewVMDMolkelGabedit例1.ViewerLite+POVRAY制作分子3D结构程序：ViewerLite+POVRAY专业显示软件+专业绘图软件ViewerLite打开环己烷D3d-1.msv调整显示角度至满意File—SaveasPOV格式D3d-1.povPOVRAY打开D3d-1.pov左侧下拉菜单选择图片大小按Run按钮完成渲染(结果为BMP文件)例2.POVRAY制作分子3D结构效果修饰“camera{”

后加“orthographic”

正交视图调整光源，增加第一个光源的亮度，并设置不显示阴影，二、三光源显示阴影调整模型显示效果，增加光滑度Run得到下面图1的效果调整颜色效果可得图2、图3图1图2图3例3.POVRAY制作分子对称元素程序：GaussView+ViewerLite+POVRAY为添加对称元素，需要标准的坐标GaussView打开分子结构数据Edit—PointGroup选择EnablePointSymmetry

按Symmetrize对称化(显示点群正确)保存输出文件为MOL格式ViewLite打开，选择显示模式，保存POVPOVRAY中，添加对称元素生成BMP图片§4晶体结构图(3D)制作晶胞结构等

直接使用ViewerLite ViewerLite+POVRAY晶体宏观外型

WinXMorph晶胞结构例1.制作晶胞3D结构程序：ViewerLite+POVRAY与分子结构程序相似，只增加了晶胞显示晶体宏观外型例2.晶体宏观外型制作程序：WinXMorph(Free注册)

指定晶体的点群、晶面指标等即可得到各种典型晶体外型打开WinXMorphFile—NewSymmetry选择点群-m3(Th)AcceptAddFace加210面，删除110面，得到Th典型的五角十二面体，可保存为BMP、POV、VRML格式若改为321面，得到偏方复十二面体若将点群改为23(T)则可得到五角三四面体；若改为43(O)则可得五角三八面体§5动画视频制作POVRAY

利用POVRAY的功能，可先准备好所有的对象，设计随视频各帧的变化，对象的变化，渲染一连串的图片，用视频工具连接即可例1分子轨道形成过程使用clock为时间变量Povray.ini中设置

Initial_Frame=1 Final_Frame=16运行POVRAY，产生一系列图象用视频软件连接，得到动画例2简正振动模式使用Gaussian对苯分子进行优化和频率分析GaussView找到苯呼吸振动的频率从Gaus