АНАЛИЗ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ХИМИКА

В соответствии с требованиями ФГОС 3+ выпускник направления 18.03.02 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии должен обладать способностью использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования, применять современные методы исследования технологических процессов и природных сред, использовать компьютерные средства в научно-исследовательской работе.

Химические исследования являются неотъемлемой  частью работы химика и могут проводиться как в химических, так и в виртуальных лабораториях, поэтому целесообразным является проведение анализа программного обеспечения для организации научно-исследовательской деятельности химика. Существует множество прикладных программ, предназначенных для того, чтобы обеспечить применение вычислительной компьютерной техники в различных сферах деятельности химика, среди них можно выделить следующие:

1) простейшие программы общего назначения: электронная таблица Менделеева, таблица ароматических соединений, химические калькуляторы, которые помогают быстро ориентироваться в азах химии, не затрачивая много времени;

2) программы для рисования структурных формул: готовые структурные формулы веществ и возможности для рисования своих, особенно востребованы, когда нет под рукой специальной литературы, а в памяти формулы затерялись;

3) программы для работы с определенными приборами и обработками полученных данных: в них можно проводить эксперименты в виртуальных лабораториях и проведя эксперимент, можно быстро оформить его в электронном виде и распечатать результаты, причем эксперименты проводятся с любыми веществами в любых условиях, нет никаких ограничений.

4) программы, применимые для конкретной области исследования: используются химиками редко, так как нужно обладать внушительными знаниями по химии, чтобы понимать, как пользоваться программой и они нужны для таких областей исследования, как кристаллография, спектроскопия, супрамолекулярная химия, радиохимия, нефтехимия и т.д.

5) программы общего назначения: полезны для обработки химических данных, например, пакет Microsoft Office и проведя какой-либо эксперимент или решив уравнение, результаты оформляют именно в таких программах.

6) программы для математического моделирования химических объектов и реакций: очень сложные и дорогостоящие программы, использующиеся в ВУЗах, а также на некоторых химических предприятиях, позволяют смоделировать любой процесс, внеся свои исходные данные, и увидеть результат в виде математических вычислений.

Проведем сравнительный анализ существующего программного обеспечения, т.к. современное изучение химии, не обходиться без использования мощных программных пакетов при моделировании химических процессов, изображения химических формул и диаграмм, химических расчетов.

1. Приложение ISIS/DRAW. Свободно распространяемая химическая программа для рисования структурных формул веществ (Рис.1). Файлы сохраняются в формате *.skc (Эскиз ISIS Draw), который легко распознает программа ChemDraw. В свою очередь, с помощью программы ChemDraw легко сохранить файл в этом формате. Таким образом, не происходит потери данных, что очень важно при переносе структур из одного формата в другой.

Рис.1. Основное окно программы ISIS/DRAW

2. ChemSketch. Свободно распространяемая программа, имеет интерфейс, состоящий из двух окон: "Структура"- для изображения структур и "Рисунок"- для рисования химических реакций и различных схем (Рис.2). Программа содержит таблицу радикалов, шаблоны колец, цепей и функциональных групп и другие инструменты.

Рис.2. Основное окно программы ChemSketch

3. Avogadro. Расширенный молекулярный редактор, разработанный для использования на нескольких платформах по вычислительной химии, молекулярному моделированию, биоинформатике, науке о материалах и др. Это свободно распространяемая система проектирования и моделирования молекул и биомолекул, имеющая возможность возможность интуитивного молекулярного построения и построения структурных формул.

Рис.3. Основное окно редактора Avogadro

4.Chemsite. Распространяется свободно, это программа для создания 3D-моделей молекул (Рис.4). В этой программе легко построить структуру любого органического соединения, поскольку она содержит множество инструментов: функциональные группы, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, углеводы и др. Каждый структурный фрагмент можно добавить на экран или присоединить к любому атому. Создает структурную формулу в 3D формате. Возможность импорта-экспорта в другие популярные программы.

Рис.4. Основное окно программы создания 3D-моделей молекул Chemsite

5.CrystalMaker - программа для визуального наблюдения и анализа кристаллических и молекулярных структур. Программа обеспечивает высокое разрешение фотореалистичной графики, грандиозный 3D стерео экран, инструментальные средства анимации, процифровое видео и выход QTVR. Создание структурных формул в 3D формате.  Это программа используется для профессиональных научных исследований и включает в себя все плюсы программ для построения структурных формул. Распространяется не свободно, но с программой можно бесплатно ознакомиться.

Рис.5. Основное окно программы CrystalMaker

Таким образом, после краткого обзора программ для построения химических структурных формул, можно выделить две программы, которые больше всего подходят в научно-исследовательской работе химика:

1. ISIS/DRAW – распространяется бесплатно, не занимает много места на жестком диске компьютера, удобна и проста в использовании, подходящая программа для научно-исследовательской деятельности студента или молодого работника химической промышленности.

2. CrystalMaker – позволяет строить структурные формулы в 3D или 2D формате, изображение подается в высоком разрешении, картинку можно сразу выводить на проекторы. Эта программа идеальное решение для человека, занимающегося химией не первый год. Нужно обладать огромными знаниями и опытом, чтобы работать в ней.

В результате работы были разработаны методические указания для работы с химической программой для рисования структурных формул веществ ISIS/DRAW, включающие теоретический материал, позволяющий научиться работать с программой, примеры построения структурных формул веществ, вопросы для самоподготовки, а также индивидуальные задания. Данные методические указания предназначены для студентов направления подготовки бакалавров 18.03.02 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии.