Chemie není vůbec nudný vědní obor. Pokud máte silné základní znalosti, určitě si to zamilujete. Existuje mnoho počítačových programů, díky kterým je studium chemie zajímavé. Na druhou stranu se vyšší studijní a výzkumná práce v chemii neobejde bez použití nějakého softwaru. Není však snadný úkol získat pokyny k softwaru, který potřebujete. Většina nástrojů po instalaci nefunguje podle očekávání. Pro uživatele Linuxu tam venku je hledání nejlepšího chemického softwaru pro Linux ještě únavnější kvůli menší uživatelské základně. Takže pokud zde hledáte nějaké open-source chemické nástroje pro Linux, jste na správném místě.
Nejlepší chemické nástroje pro Linux
Různé programy mají různé využití. Některé jsou vhodné pro začátečníky, jiné pro pokročilé uživatele. Opět platí, že středoškolský student chemie nemusí používat chemický výzkumný software. Správný člověk potřebuje správný nástroj. Zde jsme pro vás vytvořili seznam obsahující 15 nejlepších open-source Linuxových nástrojů. Seznam obsahuje software z různých kategorií, který vás zakryje.
1. Tomviz
Tomviz je populární open-source chemický nástroj pro Linux. Jedná se především o nástroj pro analýzu tomografických dat. Tomografie je metoda řezání a zobrazování konkrétní věci pomocí pronikavé vlny. CT vyšetření je dobrým příkladem využití principu tomografie. Tomviz dokáže vizualizovat tomografická data ve 3D podobě. Může dokonce použít Python pro vlastní algoritmy pro analýzu tomografických dat.
Klíčové funkce Tomviz
- Vyznačuje se krásným GUI pro mnoho vestavěných sad nástrojů pro vykreslování.
- Uživatelé získají různé možnosti přizpůsobení v nastavení vizualizace.
- Parametry nastavení vizualizace lze použít v kombinaci.
- Uživatelé mohou animovat konečný vizuální výstup. Lze je také uložit jako soubory obrázků nebo videí.
- Shromážděná data lze analyzovat pomocí uživatelsky definovaných algoritmů.
- Podporuje velké množství formátů souborů pro import a export dat.
2. Psi4
Je to open-source nástroj pro linuxovou chemii. Jedná se především o ab initio softwarový balík pro kvantovou chemii. Tento nástroj dokáže s vysokou přesností simulovat různé molekulární vlastnosti. Tento linuxový chemický software je napsán v jazyce C++. Uživatelé mají přístup k mnoha metodám kvantové chemie pomocí vestavěných numerických metod a algoritmů tohoto softwaru. Pokročilé rozhraní Pythonu tohoto nástroje umožňuje uživateli psát své rutiny pro kvantové výpočty.
Klíčové vlastnosti Psi4
- Má funkci paralelizace sdílené paměti, která mu umožňuje využít plný potenciál vícejádrového stroje.
- Uživatelé mohou automatizovat úlohy pomocí vestavěného příkazového modulu založeného na Pythonu.
- Tento nástroj dokáže snadno rozpoznat a využít největší abelovskou podskupinu molekulární bodové skupiny.
- Kód tohoto nástroje je vysoce optimalizovaný, aby mohl provádět vysoce korelované konfigurační interakce.
- Umí provádět skalární relativistické opravy spolu s některými dalšími operacemi.
3. HRY
GAMESS je ab initio software pro molekulární elektronické struktury. Tento linuxový chemický software je nedílnou součástí kvantové chemie. Dokáže vypočítat různé typy vlnových funkcí. Vývojář rozdělil původní kód do dvou různých verzí pojmenovaných GAMESS-US a GAMESS-UK. Mezi těmito dvěma verzemi je několik rozdílů, protože obě jsou značně upraveny. Zde mluvím o verzi softwaru pro Spojené království.
Klíčové funkce GAMESS-UK
- Může pracovat s různými výpočetními metodami, jako je Direct SCF, Direct MP2 a Direct RPA.
- Tento software obsahuje širokou škálu integrovaných analytických nástrojů, včetně distribuované vícepólové analýzy, analýzy přirozené vazby Orbital (NBO), analýzy populace Mulliken a Lowdin.
- Vestavěné místní a nelokální pseudopotenciály mohou vypočítat druhé derivace energie.
- Má vestavěný CCP1GUI pro zobrazení skalárních a vektorových dat odvozených z předběžného a následného zpracování.
- GAMESS může plynule běžet v paralelním systému a zvýšit tak produktivitu.
4. MPQC
MPQC je zkratka původního názvu open-source chemického nástroje s názvem Massively Parallel Quantum Chemistry software. Dokáže vypočítat vlastnosti molekul v metodách kvantové chemie. Primárním zaměřením nástroje jsou metody elektronické struktury mnoha těles, jako je například sdružený shluk. Aktuální verze je široce známá jako MPQC4 a může běžet na paralelním počítačovém systému.
Klíčové funkce MPQC
- Tento zdroj nástroje má objektově orientovaný design.
- MPQC podporuje paralelní zpracování, které zvyšuje rychlost výpočtu.
- S tímto nástrojem je integrován pokročilý analyzátor geometrie souřadnic.
- Podporuje jak Hartree-Fock, tak teorii funkcionálu hustoty pro energie a gradienty s uzavřenou, neomezenou a obecně omezenou otevřenou skořápkou.
- MPQC podporuje různé metody pro teorie druhého řádu pro energie a gradienty.
5. NWChem
NWChem je ab initio software pro výpočetní chemii. Tento chemický nástroj pro Linux může provádět složité výpočty týkající se molekulární chemie. Stejně jako většina jiných dobrých výzkumných programů podporuje paralelní výpočetní systémy. NWChem je škálovatelný nástroj, a proto jej lze použít od domácích počítačů až po vysoce výkonné počítačové sítě. Využívá principu klasické molekulární dynamiky pro simulaci chemické struktury molekul.
Klíčové vlastnosti NWChem
- Zvládne výpočty v klasických i kvantových metodách.
- Vysoce produktivní funkce škálování umožňuje přizpůsobit se clusteru tisíců procesorů.
- Dokáže určit vlnovou funkci a energii kvantového mnohotělesného systému ve stacionárním stavu pomocí Hartree-Fockovy metody.
- NWChem podporuje relativistické korekce ve výpočtech v různých metodách, včetně Douglas-Kroll, Dyall-Dirac, spin-orbit atd.
- Tento nástroj používá pseudopotenciály a základní sady rovinných vln k provádění výpočtů teorie funkce hustoty.
6. Avogadro
Avogadro je pokročilý editor molekul a vizualizér. Jedná se o multiplatformní linuxový chemický software používaný v některých dalších oblastech, jako je fyzika, biologie a materiálová věda. Tento vizualizační nástroj má pokročilé vykreslovací jádro, které je rozšiřitelné pomocí zásuvného systému. Nadcházející verze tohoto nástroje bude mít údajně výkonné skriptovací schopnosti pro automatizaci úloh.
Klíčové vlastnosti Avogadro
- Podporuje různá vlákna pro vykreslování a výpočetní úlohy.
- Tento nástroj má vestavěnou podporu pro krystalografické jednotkové buňky.
- Umí importovat soubory z oblíbeného softwaru Open Babel.
- Vývojáři mohou rozšířit funkčnost pomocí architektury pluginu.
- Má vestavěný interpret pro skriptování v jazyce Python.
- Obsahuje skvělou dokumentaci pro svá rozhraní API. Všechna rozhraní API jsou veřejně dostupná.
7. PyMOL
Jak název napovídá, tento nástroj je založen na jazyce Python. PyMOL používá OpenGL pro vizualizaci molekulární grafiky. Tento chemický nástroj pro Linux může provádět vizualizaci molekulárních dat v reálném čase. Dokáže vytvářet úžasné obrázky a umí je animovat. Tento nástroj je k dispozici zdarma pod licencí GPL. Poskytuje snadno použitelná rozhraní API pro použití ve vlastních aplikacích.
Klíčové vlastnosti PyMOL
- Podporuje trojrozměrnou vizualizaci v reálném čase.
- Grafická knihovna OpenGL jí umožňuje provádět vysoce kvalitní vykreslování publikačních standardů.
- PyMOL obsahuje rozsáhlý animační nástroj pro vizualizaci videa.
- Může využívat data odrazů ke generování map elektronové hustoty.
- Má některé vestavěné nástroje pro měření, včetně úhlů, vzdáleností atd.
- Umí číst různé formáty souborů včetně .pze, .pzw, .pse.gz, .psw.gz atd.
8. CP2K
CP2K je bezplatný a otevřený software pro atomovou simulaci. Může simulovat materiály v různých skupenstvích, jako jsou pevné, kapalné, krystalizované atd. Je velmi používán v různých oblastech vědy, včetně fyziky, chemie a biologie. Tento linuxový chemický software může provádět elektronovou strukturu molekul v metodách lineárního a paralelního škálování. Obsahuje modul QUICKSTEP pro provádění různých ab initio metod.
Klíčové vlastnosti CP2K
- Používá techniku DFT pro výpočetní kvantově mechanické modelování.
- Tento nástroj dokáže určit energii kvantového mnohotělesného systému ve stacionárním stavu metodou Hartree-Fock.
- Podporuje několik teorií druhého řádu pro výpočet energií a sil.
- CP2K může rozšířit své funkcionály hustoty prostřednictvím knihovny funkcí LibXC.
- Tento nástroj dokáže vypočítat energie jednoho bodu, optimalizaci geometrie a frekvenci.
9. Otevřete Babel
Open Babel je také známý jako sada chemických nástrojů. Na tomto softwarovém balíčku závisí řada chemických nástrojů. Tento open-source chemický nástroj dokáže číst a upravovat soubory chemických dat. Protože se jedná o projekt založený na spolupráci, může veřejnost vyhledávat, konvertovat, analyzovat nebo ukládat data do tohoto softwarového systému. Open Babel dokáže převést mnoho formátů souborů používaných v oblastech souvisejících s molekulárním modelováním. Má rozhraní příkazového řádku a je kompatibilní s dalším populárním softwarem.
Klíčové funkce Open Babel
- Má vestavěné nástroje pro převod souborů i vyhledávání molekul.
- Tento nástroj podporuje širokou škálu formátů souborů chemických dat.
- Tento nástroj dokáže automaticky rozpoznat importované typy souborů. Uživatelé je tedy nemusejí definovat.
- Funkce dávkové konverze šetří čas a zvyšuje produktivitu.
- Podporuje všechny základní principy molekulární mechaniky.
- Uživatelé mohou přidávat nebo odečítat vodík pro lepší simulaci.
10. Gabedit
Stejně jako ostatní chemické nástroje pro Linux není Gabedit jediným softwarem. Spíše se jedná o kompletní balík softwaru založený na grafickém uživatelském rozhraní včetně Games-US, Molcas, Gaussian, MPQC, Molpro atd. Může tedy provádět různé úkoly související s výpočetní chemií. Od různých typů analýz až po vizuální vykreslování, Gabedit vám pomůže.
Klíčové funkce Gabedit
- Tato sada nástrojů podporuje téměř všechny hlavní formáty souborů týkající se chemických dat.
- Umí graficky zobrazit výsledky analýzy odvozené z různých chemických programů.
- Nástroje pro vizualizaci dat mají různé parametry přizpůsobení.
- Vykreslená grafická data lze animovat a exportovat jako videosoubory.
- Tento nástroj dokáže číst orbitální data ze souborů GENNBO.
- Má vestavěnou podporu pro oblíbený chemický software NWChem.
11. Jmola
Jmol je název open-source chemického nástroje. Je to prohlížeč 3D obrázků založený na Javě. Tento nástroj se hojně používá při prohlížení trojrozměrných chemických struktur. Používá se nejen při analýze nebo výzkumu. Jedná se spíše o nástroj vhodný pro začátečníky, který lze použít ve výuce na jakékoli úrovni. Kromě chemie se tento nástroj používá v oblasti fyziky, biologie a materiálových věd.
Klíčové vlastnosti Jmol
- Existuje aplet s názvem JmolApplet, který lze integrovat s webovými stránkami. Tento nástroj je velmi užitečný pro vylepšení online kurzů nebo výukových programů.
- Vzhledem k tomu, že se jedná o nástroj založený na Javě, běží na jakémkoli počítači se systémem Linux bez jakýchkoli potíží.
- Umí vykreslit 3D grafiku bez ohledu na výkon grafického procesoru.
- Tento nástroj podporuje širokou škálu molekulárních formátů souborů, od nejoblíbenějších až po proprietární formáty.
- Jmol může animovat grafický výstup odvozený z molekulární struktury.
- Umí exportovat grafiku v různých běžně používaných formátech souborů.
12. Kalzium
Kalzium je docela základní chemický software pro Linux. Je ale natolik užitečný, že by si ho měl do svého stroje nainstalovat každý středoškolák. Tento softwarový balík obsahuje všechny základní informace o prvcích a je zde dokonce zabudována plnohodnotná periodická tabulka. Získáte také 3D prohlížeč molekul, řešitel chemických rovnic a další užitečné nástroje.
Klíčové vlastnosti Kalzia
- Uživatelé mohou zobrazit plnohodnotnou periodickou tabulku starším způsobem.
- Periodickou tabulku lze třídit podle skupin, bloků a rodin.
- Vestavěný nástroj na řešení chemických rovnic pomáhá řešit složité rovnice.
- Uživatelé mohou vizualizovat trojrozměrné struktury molekul z různých formátů chemických souborů.
- Časová osa je zajímavá funkce, která umožňuje znát historii jakéhokoli prvku.
13. XDrawChem
XDrawChem je dvourozměrný vizualizační software. Tento open-source chemický nástroj dokáže vizualizovat chemické struktury a reakce. Možná jste věděli o populárním placeném nástroji ChemDraw. XDrawChem má téměř podobné funkce bez jakýchkoli nákladů. Je kompatibilní s mnoha formáty souborů. Uživatelé mohou exportovat obrázky v oblíbených formátech PNG a EPS.
Klíčové vlastnosti XDrawChem
- Dokáže detekovat různé součásti a automaticky je zarovnat během kreslení.
- Má obrovskou vestavěnou knihovnu struktur téměř všech standardních aminokyselin a nukleových kyselin.
- Uživatelé mohou stahovat informace o struktuře ze serverů na základě různých parametrů.
- Tento chemický software pro Linux dokáže číst a zapisovat všechny formáty podporované aktuální verzí Open Babel.
- Uživatelé mají možnost přidat funkce 3D kreslení instalací nástroje BUILD3D.
14. GROMACS
Tento chemický nástroj pro Linux je simulátor pro budování a analýzu molekulární dynamiky. Jedná se o velmi flexibilní nástroj, který se používá v různých oblastech aplikované vědy a inženýrství. Dokáže simulovat molekulární dynamiku milionů částic. Z tohoto konkrétního důvodu se velmi používá v biochemických reakcích, kde jsou obrovské molekuly proteinů a lipidů. Vývojáři se usilovně snaží integrovat jej s bioinformatickou databází.
Klíčové funkce GROMACS
- Uživatelé nemusí mít žádné předchozí znalosti skriptování. Vyznačuje se snadno použitelným a jednoduchým uživatelským rozhraním.
- Vývojáři poskytují bezplatné uživatelské příručky ve formátu e-knih pro začátečníky.
- Pokročilá funkce obrazovky načítání vám poskytuje informace o zbývajícím čase a průběhu.
- Uživatelé mohou ukládat data trajektorie pomocí pokročilé metody komprese.
- Nástroje trajektorie mohou generovat výstup ve formě grafů s osami, popisky os, legendy atd.
15. BKChem
BKChem je jeden z nejjednodušších dostupných chemických softwarů. Tento nástroj je bezplatný a open source. Původní kód byl napsán v jazyce Python. Jedná se o dvourozměrný editor molekul. Ale kromě toho je nabitý mnoha funkcemi.
Klíčové vlastnosti BKChem
- Uživatelé mohou kreslit ze šablony a zvýšit tak produktivitu.
- Nástroj pro kreslení má podporu formátovaného textu a barev.
- Uživatelé získají všechny základní funkce uspořádání, včetně zarovnání, rotace, změny měřítka atd.
- Umí exportovat výkresy do SVG, EPS, PDF a téměř všech oblíbených formátů.
- Uživatelé mohou vyvíjet své vlastní pluginy psaním kódu pomocí Pythonu a XML.
Poslední myšlenky
Jak jsem řekl dříve, existuje spousta linuxového chemického softwaru vytvořeného různými vývojáři. Každý balíček je jiný a má svůj účel. Pro konkrétní práci získáte mnoho alternativních nástrojů. Opět jsou některé nástroje svým způsobem jedinečné.
Výše uvedený seznam je sestaven tak, abyste získali představu o tom, jaký druh softwaru budete ke své práci potřebovat. Vždy je ale lepší vyzkoušet maximální počet softwaru, aby vyhovoval vašim požadavkům. Pokud považujete tento seznam za užitečný, nezapomeňte jej sdílet se svými kolegy a kolegy. A pokud váš oblíbený nástroj chybí, neváhejte to zmínit v sekci komentářů.