化學結構圖形在電腦中的制作方法

張雪嶺(商丘技師學院，河南 商丘 476000)

0 引言

化學中，物質的結構決定著物質的性質，化學結構圖形主要有：原子軌道、分子立體結構、晶體結構、金屬非金屬單質結構等，在制作化學課件以及電子模型時，經常要用到各種結構圖形，隨著計算機技術的發展，電腦繪圖已經應用到化學教學與研究中。電腦繪圖具有靈活性、精準性、自動性等特點，專業的圖形處理軟件除了可以方便地進行對各類對象(圖形構成要素)復制和再編輯以外，還可以依據參考線、坐標線、網格線來精準實現對對象的定位、縮放、旋轉、上色等操作，再加上各種濾鏡工具的使用，從而使化學結構圖更加準確、更加直觀、更加科學，也更加豐富多彩。Photoshop是一款性能強大的圖形圖像處理軟件,其所包含的選區、圖層、通道、路徑、濾鏡等工具，使其在繪制圖形圖像時更為方便。本文利用Photoshop繪制了有關化學結構圖，能適用于有關課件的需要。

1 有機物分子結構模型的制作

1.1 凱庫勒模型制作

凱庫勒模型也稱為球棒模型，用不同顏色的小球代表各種原子，用短棒表示化學鍵，此處用黑球代表碳原子，淺色球代表氫原子。下面以甲烷分子為例，說明其制作過程，其他分子凱庫勒模型的制作方法類似。

(1)建立背景為透明的文件。

(2)碳原子制作：使用＜Chrl＞+＜Alt＞+＜Shift＞+N 命令建立一個圖層，命名為“碳原子”。利用橢圓選框工具，按＜Shift＞鍵繪制一半徑40 px的正圓；利用漸變工具，選擇徑向漸變，設置漸變顏色從白到黑，從選區中心向外拖動，繪制出一個碳原子，取消選區。

(3)氫原子制作：建立圖層，命名為“氫原子”，利用橢圓選框工具，繪制一個半徑20 px的正圓，使用“漸變工具—徑向漸變”，顏色從白到灰，從中心向外拖動，取消選區；利用畫筆工具，大小3 px沿氫原子邊繪制一深灰色小棒，與氫原子合并。

(4)復制三個氫原子小棒圖層，使用移到工具將它們移到到碳原子周圍。調整圖層先后順序，使用自由變換命令，調整各氫原子的分布，使小棒指向碳原子中心，甲烷正常鍵角為109°28′，但由于透視原因，前面三個小棒夾角約為120°，有兩個氫原子圖層在碳原子上方。

1.2 斯陶特(Stuart)模型制作

斯陶特模型也稱比例模型，按照各原子的大小和鍵長比例制作。下面以乙烯分子為例說明制作過程。乙烯分子是平面型，兩個碳原子和四個氫原子在同一個平面上，鍵角分別為121.6°和116.7°，碳碳鍵長134 pm，碳氫鍵長110 pm，根據此數據，制作乙烯比例模型。

(1)建立一個背景透明，大小為200*200 px文件。

(2)碳原子繪制：建立圖層，命名為碳原子，使用橢圓選框工具，按＜Shift＞鍵繪制半徑60 px的正圓；選擇“漸變工具—徑向漸變”，設置漸變顏色從白到黑，從選區左上角向右下拖動，繪制出第一個碳原子。用矩形選框工具按＜Delete＞鍵刪除碳原子右側約1/4；使用＜Chrl＞+J命令，復制生成第二個碳原子，使用＜Chrl＞+T命令選“水平翻轉”，將其向右移動使兩個碳原子相切,合并這兩個碳原子圖層。

(3)氫原子制作：建立圖層，命名為氫原子。使用橢圓選框工具，按＜Shift＞鍵繪制一半徑40 px的正圓，按照制作碳原子的漸變方法，向左上向右下拉一徑向漸變。然后使用矩形選框工具框選氫原子1/3處，使用＜Delete＞鍵刪除；按下＜Alt＞，拖動鼠標移動并復制生成三個氫原子，使用＜Chrl＞+T變換命令，分別旋轉一定角度，然后將它們分別移動到碳原子的四角。

2 原子軌道的制作

2.1 S軌道制作

1S軌道是一個以原子核為中心的球體。其制作過程：

(1)使用＜Chrl＞+＜Shift＞+N 命令新建圖層，按下＜Shift＞ 選擇橢圓選框工具繪一正圓，羽化值為2。

(2)利用漸變工具，選擇徑向漸變，設置漸變顏色從白到深灰，從選區中心向外拖動，繪制出球形。

(3)使用“濾鏡”菜單，選擇“雜色-添加雜色-高斯分布”勾選“單色”，數量20。

(4)如果繪制2S軌道，則在1S軌道中間使用橢圓工具先給一個圓形路徑，再設置畫筆間距110%，然后對橢圓路徑進行畫筆描邊，繪制一個虛線的圓，作為球節面。

2.2 P軌道制作

2P軌道呈啞鈴形，有三個彼此相互垂直PX、PY、PZ軌道，其制作過程：

(1)建立圖層，先繪制一個1S軌道，其操作見上。

(2)使用＜ctrl＞+T收縮球體大小使之適合圖片，復制該圖層，選中圖層副本，使用＜ctrl＞+m命令調整該圖層曲線，使之變亮，這樣兩個小球一個較暗一個較亮。使用“移動”工具，使兩個球水平相切，形成啞鈴形，＜ctrl＞+E合并這兩個圖層形成P軌道形狀。

(3)復制兩次P軌道，此時共有三個P軌道，使用移動工具分別左右移動到合適位置，使用＜ctrl＞+T將其中兩個分別旋轉-90°、-45°。

(4)使用“直線”工具，勾選“箭頭—終點”繪制X、Y、Z 坐標軸，將坐標系復制二個，分別移到到對應的P軌道處，調整圖層順序，使P軌道圖層位于對應坐標軸圖層之上。

2.3 苯環п電子軌道圖

(1)先繪制P軌道：建立一個圖層，使用圓角矩形工具，設置半徑40 px，繪制一細長圓角矩形路徑，將路徑載入選區，使用“漸變工具”選線性漸變，顏色設置“黑-白-黑”， 按下＜Shift＞健拉線性漸變，取消選區；然后使用橢圓選框工具在此圖形中部繪制一橢圓選區，使用“濾鏡”-“扭曲”-“擠壓”命令，數量：100%，單擊“確定”，接著＜ctrl＞+F重復此濾鏡三次，制作出啞鈴型效果。使用“濾鏡”菜單-“雜色”-“添加雜色”，數量10。使用＜ctrl＞+J命令復制五個P軌道。

(2)建立圖層，選擇“多邊形工具”-“六邊形”，繪制一個六邊形路徑，設置畫筆大?。? px，對路徑進行“描邊”-“畫筆”，繪制出六邊形。

(3)使用移動工具，把上述六個P軌道分別移動到六邊形的節點上。

3 晶體結構制作

離子晶體中陽、陰離子在空間排列遵循一定規律，下面以CsCl型結構為例，介紹晶體結構的制作。

CsCl晶體的晶胞是正立方體，其中每個銫離子周圍有8個氯離子，每個氯離子周圍也同樣有8個銫離子。

(1)制作正方體：建立圖層，使用“多邊形”工具-“四邊形”繪制出正方形路徑，畫筆設置：大小4，間距180，使用此畫筆對正方形路徑描邊，制作出虛線正方形，復制五個，移動到合適位置后，使用變換命令，分別對各個正方形進行“縮放，斜切”操作，調整位置使之排成正方體結構。

(2)制作氯離子：建立圖層，利用制作S軌道的方法，制作出氯離子球體，其中漸變可以采用“白到藍(藍參考顏色值10，10，200)”漸變。復制七個氯離子藍球，分別移動到正四面體的8個角處，＜ctrl＞+G命令組合為氯離子組。

(3)制作銫離子：建立圖層，利用制作S軌道的方法，制作出銫離子球體，其中漸變顏色可以采用“白到紅(紅參考顏色值240，10，10)”，銫離子半徑小于氯離子。將銫離子放置在晶胞中央。

(4)直線繪制。將畫筆大小調整4，其他為默認設置，前景色為黑，按下＜shift＞鍵畫出1條直線，復制7條，調整這些直線的長短、角度和位置，使之將氯離子與銫離子連接起來。＜ctrl＞+G命令合成直線組。氯化絕晶胞結構與圖層示意圖如圖1所示。

圖1 氯化絕晶胞結構與圖層示意圖

4 金屬晶體結構圖制作

金屬晶體是等徑圓球緊密堆積，有三種基本構型：面心立方緊密堆積、六方緊密堆積和體心立方緊密堆積，下面以73737結構的六方緊密堆積為例制作金屬晶體。

(1)繪制金屬原子：建立圖層，利用制作S軌道的方法，制作出金屬原子，其中漸變可以采用“白到紅(紅參考顏色值200，10，10)”漸變。復制六個原子，移動球體，調整圖層順序，制作7個球體的原子圖層，使用＜ctrl＞+G命令組合，命名為“七原子組”。

(2)制作3個球體的原子層。將上一步制作的金屬原子小球復制三個，將此三球移動緊密排列成三角形，使用＜ctrl＞+G命令成組，命名為“三原子組”。

(3)復制“七原子組”兩次。

(4)復制“三原子組”兩次。

(5)調整圖層組順序，將按照73737順序排列。

(6)使用＜ctrl＞+T命令，將每個圖層組進行“透視”操作，遵循近大遠小的原則，調整球體大小。

5 結語

總之，Photoshop是一款性能優越的圖像處理軟件，只要化學工作者多加探索，一定會給化學研究和教學帶來很大的便利。