Poster molekularni vizualizace modifikaci a forem uhliku

1. MOLEKULÁRNÍ VIZUALIZACE MODIFIKACÍ A FOREM UHLÍKU
Štěpán Horáček, Martin Slavík – Technická univerzita v Liberci, Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická
Úvod Grafit Vizualizace modifikací a forem uhlíku
Molekulární vizualizace je počítačem podporovaná interaktivní reprezentace chemických struktur. Rozdíl mezi grafitem a diamantem. Jak grafit, tak diamant jsou tvořeny pouze
Lze ji vyuţít pro vysvětlení rozdílů ve struktuře modifikací uhlíku a vysvětlení rozdílných vlastností atomy uhlíku a tak vyvstává otázka, čím jsou způsobeny diametrální rozdíly ve
jednotlivých modifikací. Pro práci byl pouţil applet Jmol a e-learningové prostředí Moodle. vlastnostech obou materiálů, především v tvrdosti. K odpovědi lze dospět
vizualizací, kdy si ţák otáčí modely grafitu a diamantu a vidí mezery mezi
Vzdálenosti mezi grafitovými vrstvami a oproti tomu hustotu vazeb mezi všemi atomy uhlíku
Porovnání způsobů reprezentace struktur vrstvami a atomy v diamantu. Absence vazeb mezi grafitovými vazbami vysvětluje štěpnost
grafitu, hustota provázanosti atomů uhlíku v diamantu zase jeho tvrdost.
Znázornění vlastností fullerenů a nanotrubic je pomocí
vizualizace obtížnější, některé jednodušší vlastnosti se přesto
H znázornit a vysvětlit dají. U fullerenů se v budoucnu uvažuje
o možnosti přenášet do organizmu molekuly léčiv ukryté
H H  Nevyţadují vědecké vybavení  nevypovídají nic o prostorovém v nitru fullerenů nebo ukládat do fullerenů radioaktivní atomy.
 lehce rozpoznatelné funkční uspořádání Toto lze přiblížit obrázkem slupky, která chrání dužinu
skupiny (vhodné pro rychlé pomeranče. Dále se uvažuje o využití fullerenů jako mazadla,
H H
rozhodování) protože má tvar koule, stejně jako valivá ložiska. Příkladem
Elektrostatický potenciál takového mazadla je C60F60, u kterého je na každý atom
H
uhlíku navázán atom fluoru.
Molekulární orbitaly
Nanotrubice mají červená
zajímavé elektrické přebytek – náboje
a mechanické
modrá
 umoţňují vidět reálné prostorové  častá objemnost modelů vlastnosti, které přebytek + náboje
uspořádání molekul  časová náročnost sestavování umoţńují jejich velmi
 otáčení a manipulace s modely široké pouţití
 malá flexibilita stavebnic
přímo v rukou v různých oblastech. Elektrostatický potenciál
Diamant Nanotrubice Fulleren
 reálné prostorové uspořádání  technická náročnost práce
 flexibilita: styly zobrazení, měření,  při prezentacích nebo výuce
zobrazení polarity, zvýrazňování potřeba technického vybavení
 u appletů moţnost spuštění na (dataprojektor, interaktivní tabule)
internetu
Lineární kombinace AO pz Vzdálenosti mezi atomy
lcaocartoon create „pz“
Test s Jmol vizualizací v Moodle Rozbalovací menu
otevře se po kliknutí pravým
Počítačová vizualizace tlačítkem do okna appletu
chemická kreslítka databáze struktur modelovací software Proces od staţení nebo vytvoření
ACD/Chem Sketch chemexper.com a další Spartan, Gaussian, MOPAC… modelu po výslednou vizualizaci
a její uplatnění. Model lze buď
stáhnout, nebo vytvořit
a pomocí dalších programů (často
model chemické
struktury
optimalizace struktury, dodatečné výpočty komerčních) dopočítat jeho další
parametry. Model lze pak
vizualizovat a vyuţít k analýze
vizualizace analýza a aplikace nebo praktické aplikaci. V případě
appletů, můţeme provést
vizualizaci na internetu ve WWW
applety softwarové aplikace
prohlíţeči.
blogy e-learningové systémy
e-learningový systém virtuální světy
[Vizualizace 2007]
Jmol
[Vizualizace 2007] Konzole pro skriptování
Jmol dokáţe vizualizovat modely chemických molekul a struktur. Má české rozhraní. skript lze spustit automaticky nebo
Funguje buď jako klasická aplikace, kterou si uţivatel nainstaluje do počítače, nebo jako applet, který přiřadit ovládacímu prvku
(nabídka, tlačítko)
funguje ve webovém prohlíţeči (vyţaduje Java Runtime Environment – JRE) .
Výhodou aplikace v porovnání s appletem je velké pracovní okno.
Applet můţe být pouţitelnější, kdyţ uţivatel pracuje na cizím počítači, ve kterém není Jmol nainstalován
(např. domácí práce ţáků).
Jmol lze zdarma stáhnout z webových stránek softwaru [jmol.sf.net].
Možnosti vizualizací modelů:
Základní operace Měření Pokročilé operace Diskuze
 Zobrazení, prohlíţení modelu  Délek vazeb  Porovnávání struktur/sekvencí Ţáci na práci s informačními technologiemi většinou reagují velmi pozitivně a práce je pro ně motivující.
 Různé styly zobrazení  Vazebných úhlů  Objem molekuly Nicméně vytváření studijních materiálů a kurzů v Moodle stejně jako tvořivá práce s Jmolem s sebou přináší
(CPK, čáry, symboly…)  Vzdáleností  Dipólový moment úskalí a problémy, jejichţ vyřešení někdy vyţaduje značnou počítačovou gramotnost a kreativitu a zabere
 Prostorové uspořádání více látek  Programování animací mnoho času. Mezi negativa Moodle patří omezené moţnosti textového editoru, ve kterém se kurzy vytváří.
 Zvýraznění a identifikace částí Další potíţe s sebou přináší neustálý vývoj prostředí a s ním vznikající chyby, nedostatky atd. Jednoduché
struktury operace se v Jmolu provádějí snadno a bez problémů, potíţe někdy nastávají u programování animací.
Moodle & Jmol Závěr
Moodle je e-learningové prostředí, které umoţňuje výuku prostřednictvím internetových online kurzů.  Jmol je vizualizační program s širokou škálou vyuţitelnosti. Pro vysvětlení rozdílů ve struktuře modifikací
Jako svobodný software je poskytován zcela zdarma. uhlíku a vysvětlení rozdílných vlastností jednotlivých modifikací se ukázal být dobrým nástrojem.
Učení v prostředí Moodle spočívá v aktivní účasti ţáků na zadaných úkolech, přispívání do diskusních fór,  Moodle v kombinaci s appletem Jmol můţe být prostředím, ve kterém se ţáci setkávají s netradičním
účasti na hlasování, vyplňování online testů, studiu přednášek apod. způsobem výuky.
V prostředí Moodle lze po instalaci Jmol filtru a aktivity, spustit Jmol automaticky po vloţení odkazu na  V řešení problémových úloh prostřednictvím molekulární vizualizace je kladen důraz na kompetence, tedy
soubor s molekulární strukturou. To umoţňuje vytváření interaktivních výukových materiálů, ve kterých je schopnosti. Do pozadí ustupuje tradiční herbartistické frontální vyučování, které hodností především
vyuţita molekulární vizualizace. znalost, a do popředí se dostává porozumění a v případě Moodle i třeba schopnost organizovat si čas,
vyhledávat zdroje apod.
2  Cenou za pozitiva Jmolu a Moodle jsou problémy, se kterými se pedagog při práci můţe setkat. Efektivní
1 vyuţití počítačové vizualizace sebou nese nejen pečlivé pedagogické promyšlení prezentací, ale často
i náročné řešení problémů technického rázu.
Zdroje
[Explain] it with Molecules – Interactive Molecules [online]. 1999 [cit. 2009-09-14]. Dostupný z WWW:
<http://www.edinformatics.com/interactive_molecules/>.
3 [Vizualizace 2007] SLAVÍK, Martin, GRÉGR, Jan, JODAS, Bořivoj. Vizualizace chemických struktur na webu.
[s.l.] : [s.n.], [2007]. 6 s. Dostupný z WWW: http://moodle.fp.tul.cz/file.php/208/Vizualizace_chemickych_struktur_na_WWW.pdf .
Poděkování: Tento příspěvek byl podpořen interním grantem Fakulty přírodovědně-humanitní a pedagogické TUL.