淺談計算機技術在化學領域中的相關應用

石珂璇 湖南省湘西土家族苗族自治州民族中學

引言：隨著科學技術的發展，計算機技術已經滲透到了社會生活的各個領域，影響著人們的工作和生活的狀態。21世紀是以計算機為核心的信息技術時代，已經滲透到生活的各個領域，不但影響著工作方式和生活狀態。化學領域作為一門基礎學科，長期以來是以實驗為基礎的。例如波譜分析，化工工藝流程，化學軟件等。隨著本文主要從化學軟件，數據分析，有機合成以及計算機技術在化學教學中的應用對計算機技術在化學領域內的應用進行了較為詳細的闡述，有助于人們對計算機技術的發展和應用產生更加深刻的認識。

1 實用軟件在化學領域的應用

1.1 物質分析與立體模型

化合物的波譜圖經常被人們用來確定化學物質的成分及其含量、化學結構和原子團等，是現代儀器分析得以快速推進的重要因素之一，被廣泛應用于檢測農藥殘余、分析凝膠電泳生化檢測以及分子生物學領域。

隨著計算機的高速發展，其在化學領域也起到了不可或缺的作用，其中重要的是用來繪制分子結構，其中，應用最廣泛的是ChemSketch10.0。它幾乎可以用來繪制任意化合物的分子結構。它使用簡單，功能強大，不僅可以繪制二維分子結構式，還能夠迅速地將二維分子結構式轉換為三維的立體模型。計算機技術為化工領域的分子分析提供了很大的便利。

1.2 物質篩選與數據管理

ChemFinder 和ChemHandBook這兩個類數據庫管理系統是查詢軟件應用較為頻繁的。而所應用到的化學物質非常繁雜，其產生的化學反應及所具備的化學屬性的精細度對掌握程度要求比較高，因此借助這兩類查詢軟件，有利于科研工作者在短時間查詢到相關文獻。可以根據生產和管理的需要，應用這些軟件設立符合自己管理和查詢習慣的數據庫，應用起來非常方便。除了應用于生產和經營管理之外，科研部門開展技術研究和創新的時候，也經常需要在大量的文獻資料中查找有關數據或者信息，單憑記憶或者手動查找相關文檔、期刊或者信息數據在短時間內無法完成。而應用ChemFinder 或ChemHandBook軟件以后，化學信息的檢索就相當便捷了。只要輸入與文獻或者數據相關的期刊號、作者、出版單位、出版時間等關鍵詞，計算機在幾分鐘之內就可以完成任務。如果查詢出來的信息較為粗糙，此外可細化或者縮小關鍵詞搜索范圍或重新修訂詞語間邏輯關系，進行檢索，提高搜索效率。

化學領域經常會用到各種數據，而且這些數據在進行管理和統計的時候需要非常復雜的過程。應用計算機技術可以解決這一問題。化學領域內經常用到的數據統計軟件包括Origin、Spss 和Bmdp等，它們幾乎都具備基本的數據管理、統計分析、線性模型構建和分析、回歸或者聚類分析等功能，有的還可以進行數據簡化和時間序列分析。相關計算機技術在化工領域數據管理的應用，為從業者提供了便利，提升了化工領域的效率。

1.3 模擬實驗與流程繪制

化學實驗對化工領域的各行業來說都是一個重要的環節，受條件所限，有些實驗無法進行。利用計算機軟件例如ChemLab和仿真化學實驗室等軟件系統來模擬某些化學實驗可以達到相同目的。對于那些高危、高成本、難度大且花費時間較多的化學實驗計算機能夠發揮更好的作用以避免不必要的傷亡或者花費。

借助計算機輔助繪圖(CAD )來設計和繪制化工工藝流程具有高效、快捷的優點，不僅可以隨時修改已完成的方案，添加突發的靈感，而且可以把完工的設計圖直接打印出來。此類常用的軟件有AutoCAD 和SmartDraw。此外常用軟件有AutoCAD 和SmartDraw均具有高效快捷的優點。

2 教學實踐中的應用

計算機輔助教學是初高中教育階段經常用到的輔助工具和常用的教學手段。計算機技術在化學教學中的應用，尤其是多媒體課件的應用，實現了課堂教學內容以聲音、文字、圖像和影像等多形式的表達和呈現，既形象又直觀，在一定程度上降低了化學學科學習的難度，闡明教學難點，明確教學重點，時景演示實驗，提高了課堂效率和學習效果。

3 合成模型優化

計算機輔助有機合成就是利用計算機較強的邏輯推理能力來推演出適用于某種有機化合物的合成方法、合成途徑以及可能需要的反應條件。計算機有機合成主要分為經驗型和非經驗型[4]。

經驗型計算機輔助有機合成會根據計算機已建好的、有經典文獻可查的反應數據庫數據來完成有機合成，優點是成功率高，缺點是，合成路線受到限制，難以產生新的反應。非經驗型輔助有機合成會把問題推理化和程序化，對歸納好的有機化學反應建立特定的數學模型，拆分給定的復雜分子并給出可能的起始原料。此方法能夠給出多種設計方案，但是準確性有所欠缺，條件的不確定性較大，結果經常處于未知狀態。

4 小結

綜上所述，信息技術的普及，讓計算機技術在化學領域得到廣泛應用并讓它逐漸成為支撐化學領域創新和變革的主要力量，推動著化學領域各細分行業不斷進步。

目前，計算機技術在實用化學軟件，輔助有機合成，化學教學應用等領域具備計算機技術與化學領域的復合型人才，將推動計算機在化學領域中的應用。