Avogadro è un editor e visualizzatore di molecole e uno degli strumenti software scientifici open source più avanzati. Presenta molte capacità che possono essere utili nell'insegnamento poiché l'istruzione può essere molto più efficace quando la teoria è combinata con la rappresentazione effettiva di modelli realistici. Ecco un tutorial di base su come utilizzare Avogadro nell'istruzione. Tieni presente che sto utilizzando l'ultima versione stabile che è la versione 1.1.1, ma esiste anche una versione 2.0.7 che è una riscrittura completa dell'applicazione.
Prendi Avogadro
- Pagina iniziale di Avogadro
- Scarica Avogadro
Modellazione molecolare con Avogadro
Mostriamo la costruzione di una molecola d'acqua per avere l'idea dietro le tecniche di modellazione utilizzate ad Avogadro. Innanzitutto, fai clic sul pulsante "Elemento" a sinistra e scegli l'opzione "altro" per aprire una tavola periodica di elementi. Da lì puoi fare clic su qualsiasi elemento e quindi inserirlo nello spazio di disegno semplicemente facendo clic in qualsiasi punto.
Come avrai notato, Avogadro ha automaticamente legato due atomi di idrogeno all'atomo di ossigeno che ho aggiunto. Questo perché avevo selezionato l'opzione "Regola idrogeno". Se vuoi lavorare con anioni/cationi, dovresti deselezionare questa casella e quindi puoi unire gli elementi aggiunti facendo clic con il pulsante sinistro del mouse sugli atomi aggiunti e trascinando il cursore su un altro atomo. Cliccando sul legame creato ne cambierà il tipo (doppio, triplo ecc.).
Premere F10 per accedere alla modalità Strumento di manipolazione. In questa modalità, il clic con il pulsante destro del mouse ti consentirà di eseguire una panoramica della vista, lo zoom avanti/indietro viene eseguito utilizzando la rotellina del mouse e l'ordinazione della vista può essere regolata trascinando i cursori nell'area di disegno. Facendo doppio clic sulla molecola si centra automaticamente la vista su di essa.
Nella stessa modalità, puoi anche trascinare i singoli atomi per cambiare la loro posizione nello spazio.
Tuttavia, gli atomi formano molecole in un modo particolare e tutti i legami hanno distanze ed energie specifiche. Puoi impostarli con precisione usando lo strumento di misurazione. Invocalo premendo F12 e poi seleziona i tre atomi il secondo è l'atomo di ossigeno perché il secondo punto funge da punto di riferimento per la misurazione dell'angolo.
Le distanze di legame sembrano essere un po' più lunghe rispetto alla realtà, mentre l'angolo è leggermente inferiore a quello che dovrebbe essere, ma siamo all'interno dell'intervallo accettato ai fini dell'istruzione, quindi procediamo al passaggio successivo.
Simulazione forzata
Ho aggiunto due molecole d'acqua per simulare il legame che si forma naturalmente tra di loro grazie alla loro natura bipolare. Premi il pulsante "Strumento di ottimizzazione automatica" proprio sotto il menu in alto, quindi fai clic sul pulsante "Avvia" sul lato sinistro dell'interfaccia per avviare la simulazione. Ho usato l'algoritmo della "discesa più ripida", che ha allineato le due molecole come mostrato nello screenshot qui sotto:
Per mostrarlo meglio, userò una rappresentazione del potenziale elettrostatico sulle due molecole. Vai al pannello superiore e vai su Estensioni->Crea superfici. Nella finestra che si aprirà, scegli l'opzione Potenziale elettrostatico nel menu "Colora per" e fai clic sul pulsante "Calcola".
È ora chiaro che l'atomo di idrogeno di una delle molecole d'acqua si lega elettrostaticamente con l'atomo di ossigeno della seconda molecola. Questo aiuta gli studenti a capire la natura delle molecole d'acqua e perché l'acqua è un ottimo dissolvitore.
DNA/RNA
Un'altra utile caratteristica educativa di Avogadro (tra le centinaia in realtà) è l'autogenerazione di acidi nucleici come DNA e RNA. Vai a Costruisci->Inserisci->DNA/RNA... nel pannello superiore e aggiungi la tua sequenza e premi il pulsante "Inserisci" per inserire il modello nello spazio di disegno.
Questo potrebbe aiutare gli studenti a comprendere meglio la forma del codice genetico di tutti gli esseri viventi del pianeta.
Generatore/Visualizzatore di cristalli
Un'altra cosa che potrebbe essere utile per gli educatori è il generatore/visualizzatore di cristalli di Avogadro. Vai al menu del pannello superiore e fai clic su Cristallografia->Aggiungi cella unitaria. Questo aggiungerà un cubo nell'area di disegno. In alto a destra, puoi modificare i parametri della dimensione del cubo in base a ciò che desideri creare. Aggiungi le molecole di base nella cella e poi vai su Cristallografia->Gruppo spaziale->Riempi cella unitaria e seleziona il tipo specificato dall'elenco.
