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摘要: 以计算机文化基础、高级语言C 程序设计与软件为基础结合化学专业中常用的数学方法和部分化学应用软件，综述计算机在化学中的理论与实际应用，解决化学领域中的实际问题以及建立简单的化学模型，同时介绍Origin、ChemWindow 和化学品电子手册等软件，并且能够利用互联网进行化学文献检索及其它相关化学信息的搜索与利用。关键词: 计算机;化学;仪器;软件
一．引言
Enrico Clementi 教授是计算化学领域的开创者。20 世纪60 年代初，他在美国San Jose 建立了IBM计算化学实验室，吸引了世界上一大批年轻学者，他们后来都成为了世界各地的计算化学学术带头人。Clementi 是国际上最早的几个量子化学程序编制者，其中METECC 系列开源计算程序得到广泛的应用。他在1963 年提出了密度泛函近似(DFA)，这是最早的量子化学密度泛函研究。近几年，他与Giorgina，Corongiu 提出了一种新的量子化学波函数方法: HF-HL，即将分子轨道理论与价键理论这两种截然不同的途径进行了杂化组合运算，并从中发展出“化学轨道”的概念[1]。
随着计算机在化学化工中应用水平的提高，出现了一系列带有边缘性的，并具有独立特征的研究领域[2]。如：计算方法，模型化方法，模拟技术，物质共性规律，结构和性质的关系研究，数据库技术，化学信息和化学结构的描述，处理，解析，分子图形技术，化工冶金系统流程模拟及计算机辅助设计（CAD)技术，化学化工中的人工智能和专家系统等。这些新兴领域就大体上形成了化学化工中的一个新的学科分支——计算机化学。
计算机化学是应用计算机研究化学反应和物质变化的科学。以计算机为技术
手段，建立化学化工信息资源化和智能化处理的理论和方法，认识物质、改造物质、创造新物质和认识反应、控制反应过程和创造新反应、新过程是计算机化学研究的主体。目前其覆盖的领域主要有：(1)化学数据挖掘(Data mining)；(2)化学结构与化学反应的计算机处理技术；(3)计算机辅助分子设计；(4)计算机辅助合成路线设计；(5)计算机辅助化学过程综合与开发；(6)化学中的人工智能方法等[3]。
二．我所认识的计算机化学
计算机化学是一门交叉性很强的边缘学科
计算机化学的基础有三个方面：（1）基础化学；（2）工程化学；（3）计算机科学。如果说基础化学各学科和工程化学各学科是其“经”，计算机科学中的若干新技术则是“纬”。通过交叉联系和渗透，某一学科领域内的新技术新成果可以通过计算机化学迅速传递到化学的各学科领域中去，而化学领域中的许多新理论新成果可以通过计算机化学及时地在各其他学科或工程领域得到应用和发展。
大量化学信息的计算机处理形成了计算机化学的鲜明特征
按照我国目前对基础研究范畴的提法，基础研究包括三个方面：（1）基础理论研究；（2）应用基础研究；（3）基础科学数据的收集，整理，评价和有关规律的研究。和其他学科相比，按年度统计化学信息可占自然科学信息总量的40%左右。显然，基础化学数据（绝大部分是实验结果和多年积累的宝贵资料）的研究是至关重要的[4]。化学家用通用的简洁语言——化学分子式，结构式，化学反应所表达的化学知识，化工过程中的各种数据和图形，这些都是化学信息的核心部分，把这些信息系统地在计算机内表达和存贮，方便地实现各种制定目的的提取和加工是计算机化学各领域中的共性问题。尤其是在原子，分子水平上不同层次的化学结构信息处理方法，当然地成为计算机化学的研究重点。
产生高技术软件产品是计算机化学的又一个突出特征
一般基础研究，多仅以文章形式发表成果，但家算计化学除了文章之外，还有系统的软件产品。以化工流程的模拟技术为例，一系列作为化工流程设计必备工具的软件产品如ASPEN-PLUS PROCESS等已作为商品出售。软件产业在全世界已经逐步形成。与化学，化工有关的计算机应用软件和开发工具是典型的高技术产品，在把科学技术成果转化为直接生产力的过程中起着关键的作用。由于计算机化学的研究工作和高技术软件产品的开发密不可分，使得这一新兴学科分支既具有基础研究的特色，又具有巨大的社会和经济效益前景。
三．计算机在化学中的具体应用
化学软件的应用
1.1、分子结构的绘制
这一系列的软件有ISISDraw2.5 和ChemSketch10.0 等。ChemSketch10.0 用的较多，几乎可以绘制任意的分子结构式。它是加拿大高级化学发展有限公司设计的多功能化学分子结构绘制软件包，使用简单、操作方便；可以绘制二维分子结构式，并且能够将其快速地转换为三维的立体模型，还可以绘制原子轨道、反应方程式和实验装置等，也可以生成各种图形文件和MOL格式文件[5]。1.2、数据处理和统计
数据处理是一个重要的环节，这些过程完全可以通过计算机来完成。常见的数理统计软件有O r g i n、SPSS、S A S 和BMDP，其基本功能有数据管理、统计分析、输出管理等等，分析过程包括描述性统计、均值比较、一般线性模型、相关分析、回归分析、对数线性模型、聚类分析、数据简化、生存分析、时间序列分析、多重影响等几大类。
1.3、化学物质的查询
用于查询的软件主要有ChemFinder和ChemHandBook。它们都是数据库管理系统，是化工工作者查询和管理化学物性的良好工具，还可自己建立数据库，简捷而方便。
1.4、化合物的波谱分析
计算机用于化合物的波谱解析是最近十几年才流行起来的，它能对给定的物质进行自动分析和数据处理，通过得到的波谱图来确定物质的成分、含量、结构和原子团，这对现代仪器分析的进展有着重要的作用。此技术已被广泛应用于农药残余的检测、凝胶电泳分析、产品含量的分析及生化检测和分子生物学领域。1.5、化工工艺流程的设计
化工工艺流程可以通过计算机辅助绘图（C A D）来完成，常用的软件有AutoCAD 和SmartDraw。利用计算机辅助设计工艺流程，速度快、效率高，可以随时对做出的方案进行修改，做好的设计图可以直接打印出来。1.6、化学实验的模拟
化学实验是一个重要的环节，由于条件的限制，有些实验无法进行。我们可以利用计算机模拟某些化学实验，尤其是对于一些有危险性的、成本高的、开展难度大的、费时的实验，计算机能够发挥更好的作用。这类软件有ChemLab、仿真化学实验室等。
计算机在数据和图形处理中的应用
2.1 Origin 数据处理软件
origin 两大主要功能: 数据分析绘图。Origin 可以对数据进行筛选排序、调整、统计分析、傅立叶变换、t －试验、线性及非线性拟合。Origin 提供了几十种二 3
维三维绘图模板，而且允许读者自己定制模板，绘制二维及三维图形如: 散点图、条形图、折线图、饼图、面积图、曲面图等。如图1 所示[6]。2.2 ChemWindow 随着电子计算机应用的不断发展与普及，各行各业对软件的要求也不断地增加。对于一个非计算机专业的用户来说就是如何选择与获得最好的软件为自己的生活和工作带来便利。作为化学教学或科研工作者，以往常常为画出标准的各式各样的化学分子结构式及化学图形而费不少心机。而在微机不断普及的今天，如能用一化学软件来完成此项工作，无疑将会给自己的科研和工作带来事半功倍的效果。现在在计算机上经常用于ChemWindow 和ChemDraw 来绘制2D 分子结构，如图2 所示，用CS Chem3D、HyperChem、WebLab ViewerPro 和RasMol 等来绘制3D 分子结构，正是解决此问题的有力工具。
2.3 化学品电子手册
该软件是一个综合性的有关化学品电子手册软件。内容包括化学矿物、金属和非金属、无机化学品、有机化学品、基本有机原料、化肥、农药、树脂、塑料、化学纤维、胶粘剂、医药、染料、涂料、颜料、助剂、燃料、感光材料、炸药、纸、油脂、表面活性剂、皮革、香料等常用化学品的中文名称、英文名称、分子式或
结构式、物理性质、毒性、用途和制备方法、消耗定额、生产单位。最新版本增加、修改了农药、化肥等方面化合物的个数及化合物的信息，内容更加详细。且对化合物进行了分类。增加了“元素周期表”、“浓度/密度查询表”、“电离常数查询表”、“难溶化合物溶度积表”、“t /f 值表”等常用常数表。用户可以自行添加和修改相关化学品信息。通过浓度/密度查询表、电离常数查询表、难溶化合物溶度积表、t /f 值表能够查询、修改、添加相应的常数。本软件采用全模糊检索技术，检索简便。是一个不可多得的工具软件。
三.结语
随着计算机技术的不断进步和发展，它也将给化学提供了更加便利和完善的服务，将更加促进化学工程的变革和发展，推进化学科学技术的深入开展。同时计算机在化学领域将有更加广阔的发展前景。
10个学时的教学和22个学时的上机操作，只是初步接触、认识和了解了计算机化学某些方面的知识，还有很多很多的知识，等待我们去熟悉，掌握，运用。
参考文献: ［1］ 方奕文． 计算机在化学中的应用［M］． 广州: 华南理工大学出版社，2000．
［2］ 邵学广，蔡文生，徐筱杰． 化学计量学———统计学与计算机在分析化学中的应用［M］． 北京: 科学出版社，2003． ［3］ 孙培冬，刘士荣． 计算机技术在有机化学教学中的应用［J］． 化工高等教育，2002(4): 16． ［4］ 杨榛，浦伟光，隋志军，等． 计算机在化工中的应用与进展［J］． 化学世界，2009(11): 697 － 699．
［5］ 夏键祥，等． 计算机在化学中的应用［J］． 世界科学，1983(2): 15 ［6］ 罗经农． 计算机在化工中的应用［J］． 上海化工，1985(12): 27
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