如何在 Linux 上的教育中使用 Avogadro 分子编辑器和可视化器

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使用 Avogadro 进行分子建模
力模拟
DNA/RNA
水晶生成器/查看器

Avogadro 是一个分子编辑器和可视化工具，也是最先进的开源科学软件工具之一。它具有许多可用于教学的功能，因为当理论与现实模型的实际描述相结合时，教育会更加有效。这是有关如何在教育中使用 Avogadro 的基本教程。请注意，我使用的是最新的稳定版本 1.1.1，但还有一个 2.0.7 版本，它是对应用程序的完全重写。

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使用 Avogadro 进行分子建模

让我们展示水分子的构建，以了解 Avogadro 中使用的建模技术背后的想法。首先，点击左侧的“元素”按钮，选择“其他”选项，打开元素周期表。从那里您可以单击任何元素，然后只需单击任意点即可将其插入绘图空间。

您可能已经注意到，阿伏加德罗自动将两个氢原子与我添加的一个氧原子键合在一起。这是因为我已经选中了“调整氢”选项。如果你想使用阴离子/阳离子，你应该取消选中这个框，然后你可以通过左键单击添加的原子并将光标拖动到另一个原子来键合添加的元素. 单击创建的债券将更改其类型（双重、三重等）。

按 F10 进入 Manipulation Tool 模式。在此模式下，右键单击将允许您平移视图，使用鼠标滚轮进行放大/缩小，并且可以通过在绘图区域中拖动光标来调整视图排列。双击分子将自动将视图居中。

在相同模式下，您还可以拖动单个原子来改变它们在空间中的位置。

然而，原子以特定的方式形成分子，所有的键都有特定的距离和能量。您可以使用测量工具准确设置它们。按 F12 调用它，然后选择三个原子，第二个原子是氧原子，因为第二个点作为角度测量的参考点。

键距似乎比实际长一点，而角度略小于应有的值，但出于教育目的，我们在可接受的范围内，所以让我们继续下一步。

力模拟

我添加了两个水分子，以模拟由于它们的双极性而在它们之间自然形成的键。点击顶部菜单正下方的“Auto-Optimization Tool”按钮，然后点击界面左侧的“Start”按钮开始仿真。我使用了“最速下降”算法，该算法将两个分子对齐，如下面的屏幕截图所示：

为了更好地展示这一点，我将对这两个分子使用静电势描述。转到顶部面板并在 Extensions->Create Surfaces 上导航。在将打开的窗口中，选择“颜色依据”菜单中的静电势选项，然后单击“计算”按钮。

现在很清楚，其中一个水分子的氢原子与第二个分子的氧原子静电结合。这有助于学生了解水分子的性质以及为什么水是一种很好的溶解剂。

DNA/RNA

Avogadro 的另一个有用的教育功能（实际上是数百个之一）是自动生成核酸，如 DNA 和 RNA。导航到顶部面板上的“构建”->“插入”->“DNA/RNA...”并添加您自己的序列，然后按“插入”按钮将模型插入绘图空间。

这可以帮助学生更好地了解地球上所有生物的遗传密码形式。

晶体发生器/观察器

对教育工作者可能有用的另一件事是 Avogadros 晶体发生器/观察器。转到顶部面板菜单并单击晶体学->添加晶胞。这将在绘图区域中添加一个立方体。在右上角，您可以根据要创建的内容更改立方体大小参数。在单元格中添加基础分子，然后转到晶体学->空间群->填充单元格，然后从列表中选择指定的类型。