淺談計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域中的相關(guān)應(yīng)用

石珂璇 湖南省湘西土家族苗族自治州民族中學(xué)

引言：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)滲透到了社會生活的各個(gè)領(lǐng)域，影響著人們的工作和生活的狀態(tài)。21世紀(jì)是以計(jì)算機(jī)為核心的信息技術(shù)時(shí)代，已經(jīng)滲透到生活的各個(gè)領(lǐng)域，不但影響著工作方式和生活狀態(tài)。化學(xué)領(lǐng)域作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，長期以來是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。例如波譜分析，化工工藝流程，化學(xué)軟件等。隨著本文主要從化學(xué)軟件，數(shù)據(jù)分析，有機(jī)合成以及計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用對計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述，有助于人們對計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用產(chǎn)生更加深刻的認(rèn)識。

1 實(shí)用軟件在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

1.1 物質(zhì)分析與立體模型

化合物的波譜圖經(jīng)常被人們用來確定化學(xué)物質(zhì)的成分及其含量、化學(xué)結(jié)構(gòu)和原子團(tuán)等，是現(xiàn)代儀器分析得以快速推進(jìn)的重要因素之一，被廣泛應(yīng)用于檢測農(nóng)藥殘余、分析凝膠電泳生化檢測以及分子生物學(xué)領(lǐng)域。

隨著計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，其在化學(xué)領(lǐng)域也起到了不可或缺的作用，其中重要的是用來繪制分子結(jié)構(gòu)，其中，應(yīng)用最廣泛的是ChemSketch10.0。它幾乎可以用來繪制任意化合物的分子結(jié)構(gòu)。它使用簡單，功能強(qiáng)大，不僅可以繪制二維分子結(jié)構(gòu)式，還能夠迅速地將二維分子結(jié)構(gòu)式轉(zhuǎn)換為三維的立體模型。計(jì)算機(jī)技術(shù)為化工領(lǐng)域的分子分析提供了很大的便利。

1.2 物質(zhì)篩選與數(shù)據(jù)管理

ChemFinder 和ChemHandBook這兩個(gè)類數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是查詢軟件應(yīng)用較為頻繁的。而所應(yīng)用到的化學(xué)物質(zhì)非常繁雜，其產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)及所具備的化學(xué)屬性的精細(xì)度對掌握程度要求比較高，因此借助這兩類查詢軟件，有利于科研工作者在短時(shí)間查詢到相關(guān)文獻(xiàn)。可以根據(jù)生產(chǎn)和管理的需要，應(yīng)用這些軟件設(shè)立符合自己管理和查詢習(xí)慣的數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用起來非常方便。除了應(yīng)用于生產(chǎn)和經(jīng)營管理之外，科研部門開展技術(shù)研究和創(chuàng)新的時(shí)候，也經(jīng)常需要在大量的文獻(xiàn)資料中查找有關(guān)數(shù)據(jù)或者信息，單憑記憶或者手動查找相關(guān)文檔、期刊或者信息數(shù)據(jù)在短時(shí)間內(nèi)無法完成。而應(yīng)用ChemFinder 或ChemHandBook軟件以后，化學(xué)信息的檢索就相當(dāng)便捷了。只要輸入與文獻(xiàn)或者數(shù)據(jù)相關(guān)的期刊號、作者、出版單位、出版時(shí)間等關(guān)鍵詞，計(jì)算機(jī)在幾分鐘之內(nèi)就可以完成任務(wù)。如果查詢出來的信息較為粗糙，此外可細(xì)化或者縮小關(guān)鍵詞搜索范圍或重新修訂詞語間邏輯關(guān)系，進(jìn)行檢索，提高搜索效率。

化學(xué)領(lǐng)域經(jīng)常會用到各種數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)在進(jìn)行管理和統(tǒng)計(jì)的時(shí)候需要非常復(fù)雜的過程。應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以解決這一問題。化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)經(jīng)常用到的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件包括Origin、Spss 和Bmdp等，它們幾乎都具備基本的數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)分析、線性模型構(gòu)建和分析、回歸或者聚類分析等功能，有的還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)簡化和時(shí)間序列分析。相關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)在化工領(lǐng)域數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用，為從業(yè)者提供了便利，提升了化工領(lǐng)域的效率。

1.3 模擬實(shí)驗(yàn)與流程繪制

化學(xué)實(shí)驗(yàn)對化工領(lǐng)域的各行業(yè)來說都是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，受條件所限，有些實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行。利用計(jì)算機(jī)軟件例如ChemLab和仿真化學(xué)實(shí)驗(yàn)室等軟件系統(tǒng)來模擬某些化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以達(dá)到相同目的。對于那些高危、高成本、難度大且花費(fèi)時(shí)間較多的化學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)能夠發(fā)揮更好的作用以避免不必要的傷亡或者花費(fèi)。

借助計(jì)算機(jī)輔助繪圖(CAD )來設(shè)計(jì)和繪制化工工藝流程具有高效、快捷的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以隨時(shí)修改已完成的方案，添加突發(fā)的靈感，而且可以把完工的設(shè)計(jì)圖直接打印出來。此類常用的軟件有AutoCAD 和SmartDraw。此外常用軟件有AutoCAD 和SmartDraw均具有高效快捷的優(yōu)點(diǎn)。

2 教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是初高中教育階段經(jīng)常用到的輔助工具和常用的教學(xué)手段。計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，尤其是多媒體課件的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了課堂教學(xué)內(nèi)容以聲音、文字、圖像和影像等多形式的表達(dá)和呈現(xiàn)，既形象又直觀，在一定程度上降低了化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)的難度，闡明教學(xué)難點(diǎn)，明確教學(xué)重點(diǎn)，時(shí)景演示實(shí)驗(yàn)，提高了課堂效率和學(xué)習(xí)效果。

3 合成模型優(yōu)化

計(jì)算機(jī)輔助有機(jī)合成就是利用計(jì)算機(jī)較強(qiáng)的邏輯推理能力來推演出適用于某種有機(jī)化合物的合成方法、合成途徑以及可能需要的反應(yīng)條件。計(jì)算機(jī)有機(jī)合成主要分為經(jīng)驗(yàn)型和非經(jīng)驗(yàn)型[4]。

經(jīng)驗(yàn)型計(jì)算機(jī)輔助有機(jī)合成會根據(jù)計(jì)算機(jī)已建好的、有經(jīng)典文獻(xiàn)可查的反應(yīng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)來完成有機(jī)合成，優(yōu)點(diǎn)是成功率高，缺點(diǎn)是，合成路線受到限制，難以產(chǎn)生新的反應(yīng)。非經(jīng)驗(yàn)型輔助有機(jī)合成會把問題推理化和程序化，對歸納好的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)建立特定的數(shù)學(xué)模型，拆分給定的復(fù)雜分子并給出可能的起始原料。此方法能夠給出多種設(shè)計(jì)方案，但是準(zhǔn)確性有所欠缺，條件的不確定性較大，結(jié)果經(jīng)常處于未知狀態(tài)。

4 小結(jié)

綜上所述，信息技術(shù)的普及，讓計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用并讓它逐漸成為支撐化學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)新和變革的主要力量，推動著化學(xué)領(lǐng)域各細(xì)分行業(yè)不斷進(jìn)步。

目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)在實(shí)用化學(xué)軟件，輔助有機(jī)合成，化學(xué)教學(xué)應(yīng)用等領(lǐng)域具備計(jì)算機(jī)技術(shù)與化學(xué)領(lǐng)域的復(fù)合型人才，將推動計(jì)算機(jī)在化學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。