淺談化學與電腦編程的關系

淺談化學與電腦編程的關系隨著計算機的飛速發(fā)展，計算機在化學中的應用范圍及深度也在不斷擴展和深入。從專業(yè)文獻的撰寫、實驗數(shù)據(jù)及圖形的處理、工程問題的編程求解，到化學過程流程的計算與模擬，都需要借助計算機及相應的軟件來完成。因此，學習和掌握利用計算機來解決化學化工行業(yè)中的各種問題，已是化學類專業(yè)的本科生的基本要求。在科技飛速發(fā)展的今天，電腦信息技術與各行各業(yè)進行了有效的結合。在這個平臺上，計算機已經提供了一個全新的人類溝通新方式。面對強大的計算機功能，它也已經開始在化學這個領域逐漸完善成為一個健全的系統(tǒng)使得化學功能發(fā)揮的淋漓盡致。一、計算機在化學中的應用計算機是一種多功能的設備,可用于計算、擬合模擬、制表、繪圖、選擇、判別、存貯、檢索、統(tǒng)計、管理、自動控制、人工智能、專家系統(tǒng)等方面計算機在分析化學中的應用簡稱計算分析，其內容有：

數(shù)據(jù)處理

利用一元統(tǒng)計，可對同一項目的若干次測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理，計算置信區(qū)間、標準誤差、變動系數(shù)等。利用二元統(tǒng)計，可以計算含量與滴定體積或濃度與吸光度之間的直線方程（線性回歸法）。用程序型計算器也能迅速完成這些計算。二、用Flash開發(fā)有機化學實驗CAI課件想象一下，未來的計算機會成為什么樣子?假如有人說，讓像果凍一樣的物質去思考，去表達同情心，你覺得可能嗎?對于早已習慣和熟悉了棱角分明的顯示屏、主機和鼠標的現(xiàn)代族而言，把計算機想象成為一團軟軟的、滑滑的、沒有固定形狀的果凍，確實有點異想天開。然而，英國布里斯多大學計算機專家安德魯正在做著這樣的夢，他的夢想是，用離子替代電子，用果凍一樣的物質替代硅芯片和電路板。大多數(shù)人累了的時候，一般是喝杯咖啡，或者是到戶外去散步，呼吸一下新鮮空氣。安德魯卻與眾不同，當他覺得腦子有些不大靈光，需要點額外刺激時，就讓他的機器人用金屬手指劃拉一下一個盛滿化學液體的盤子。這一盤子的化學液體，就是安德魯所設計的液體計算機的”大腦”原型。離子波的形成和擴散，就是化學計算機的“思考”過程。當運行速度變慢時，“大腦”就會對機械手發(fā)出指令，將金屬手指浸到盤子中去，搖晃一下那些神奇的化學液體。安德魯現(xiàn)在所設計的化學計算機，還只是簡單地模仿人類的手臂和大腦之間的反饋過程，他的志向是，要設計化學處理器，把計算機硬件裝到瓶子里去。經過10多年的研究，安德魯現(xiàn)在已開發(fā)出液體邏輯門，并認為他所設計的陣列具有無限的自我重組和修復能力。計算機巨人IBM也認為，利用這種陣列技術，有可能設計出功能強大的新型計算機芯片。此外，安德魯還有另外一個雄心勃勃的目標，即進一步加強“鼓波”的能力，使之無愧于液體腦的稱號。為了證明液體腦的概念潛力無限，前途光明。安德魯特別設計了液體腦的載體——更好地與化工設計相結合，也是化工專業(yè)學生應掌握的專業(yè)技能之一。五化學化工數(shù)據(jù)處理和分析技能處理收集的化學數(shù)據(jù)是使用計算機的主要優(yōu)勢之一。這不但要求學生具有一定的計算機應用能力，還應具有一定的數(shù)學知識背景。常用的數(shù)據(jù)處理方法及數(shù)學模型包括：最小二乘擬合、線性回歸分析、方差分析、插值、數(shù)據(jù)平滑、實驗設計等。目前兩款通用的軟件為：Origin。它們可根據(jù)需要對實驗數(shù)據(jù)進行數(shù)值計算、統(tǒng)計、傅里葉變換、曲線擬合以及制圖等等。另外，MATLAB由于其強大的數(shù)學處理能力也正日益受到化工分析領域的重視。Origin是美國公司推出的數(shù)據(jù)分析和制圖軟件，是公認的簡單易學、操作靈活、功能強大的軟件，既可以滿足一般用戶的制圖需要，也可以滿足高級用戶數(shù)據(jù)分析、函數(shù)擬合的需要。目前最新版本為Origin7.5。Origin7.5是功能強大的數(shù)據(jù)分析及科學繪圖軟件，利用其計算命令能夠非常方便地進行線形和非線形擬合、插值、微分、積分等數(shù)值計算，是解決化工動力學、熱力學、工藝優(yōu)化設計及化學分析中數(shù)值計算問題的有力工具。MATLAB是由美國公司開發(fā)的數(shù)學分析工具，目前，該軟件已經更新到MATLAB7.7。MATLAB是一種高性能數(shù)值計算的科學計算語言，它以矩陣作為基本數(shù)據(jù)單位，適用于線性代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、動態(tài)系統(tǒng)仿真、自動控制等領域。MATLAB在化工的數(shù)值計算和化工流程模擬等領域具有較大優(yōu)勢。六化學教育輔助軟件計算機在教育領域已經取得了巨大的成功，如我們常用的PPT教學以及各種教學仿真軟件等等。尤其在化工領域，由于涉及到復雜的化學結構和許多化學實驗，利用計算機及網絡等電子化教育大大增加了化學教育的形象性和直觀性，激發(fā)了學生的學習興趣，同時，這些教學性質的軟件也可應用于各種培訓和工程咨詢領域，因此，了解一些化工方面的專業(yè)教育軟件也是必備技能之一。虛擬化學實驗室。它是一個交互式的化學實驗模擬工具，可以像在實驗室做實驗一樣操作其中的各種儀器和設備來進行各種預設的實驗，也可利用該軟件提供的實驗平臺進行用戶自己設計的實驗。虛擬化學實驗室使用戶可以用相對實際實驗很少的一部分時間來快速預習化學實驗，當實際實驗中我們就可以著重強調危險因素和實驗技術。它是預習實驗、演示實驗、準備實驗、進行危險實驗和由于時間原因不能進行的實驗的理想工具。化學平面符號錄入軟件。是加拿大ACD公司專門開發(fā)的用于編輯化學分子式、化學儀器等化學圖形的工具軟件?，F(xiàn)在可從該公司網站上得到免費的ACD/ChemSketch11.0。它主要解決有機化學，生物化學中常見的化學論文、化學試卷以及平面化學教學課件中化學符號、反應方程式、軌道反應方程式和結構式的構建與表達問題。并且提供了模擬三維分子結構的工具以建立分子微觀三維立體結構，還可以按各種模式、各種角度隨意進行旋轉、觀察。Ms功能強大的三維化學空間結構的構建與表示軟件，該軟件是由美國公司公司生產的，能很好表現(xiàn)生化大分子的三維空間結構。其主要用于有機高分子、生物大分子和各類氨基酸、蛋白質立體空間的表示。該軟件自帶了一個復雜化學分子圖庫，其中有一些生化分子可供選擇。我們也可以利用該軟件制作具有三維結構的分子。制作好的分子可以查