平板電腦最強的化學App—iSpartan /翁榮源

星期四 , 26, 二月 2015 Leave a comment

平板電腦最強的化學App—iSpartan

翁榮源

靜宜大學應用化學系
zyown@pu.edu.tw

本文介紹適用於iPad & iPhone的兩個App,其一為付費的iSpartan,此為平板電腦功能最強的化學App;其二為免費的Mobile HyperChem,更進階的版本需要付費。此介紹提供給高中化學科高職化工科以及大學普通化學教學的參考。

n  iSpartan

iSpartan是一個iPad & iPhone專用的App(見圖1),雖然已經上架兩三年了,算是有點貴的App NT$ 599),但是作者覺得真的物超所值。由於很多化學教師和同學還不知道有這麼好用的工具,特別借用這個篇幅來介紹。其實它的前身是非常貴的化學計算軟體Spartan(由美國Wavefuction公司發展的軟體),專門提供化學研究人員使用。主要用在化學能階計算與光譜圖預測等,一般的教育用特惠價格(US$ 1200套),網路上有英文使用說明,下載網頁:http://downloads.wavefun.com/
Spartan14Manual.pdf

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1:適合iPad & iPhoneiSpartan APP

在這裡,只針對化學教師如何運用這個工具做大略的介紹。

1.      首先是透過繪圖介面,畫出2D化學分子(非常容易上手,練習個10分鐘後一定會使用)(按第二個圖示轉換成3D立體圖)。

2.      按左上角第1個按鈕,可以轉換呈現分子模型的方式(可以是球與棍子,單純棍棒或者空間填滿三種呈現方式),圖22D分子的棍棒模型。

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22D分子的棍棒模型

3.      33D分子的棍棒模型,依序分別為1.棍棒型、2.球棍型、3.填滿型,透過觸控可以自由移動分子結構,兩個指頭控制可以放大縮小,最棒的是隨時可以利用螢幕照相功能儲存所需要的分子結構圖片)。

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3 3D分子的棍棒模型(棍棒型、球棍型、填滿型)

4.      按左上角第3個按鈕,下載所有光譜圖。

5.      按下右上角第3IR按鈕後,會在下面出現IR光譜圖,如圖4所示。

6.      此時可以用雙指觸控拉開圖譜,而且點選到任何波鋒時,除了出現波鋒數字位置外,該振動會立即出現在分子結構上,並進行振動動畫。

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4IR光譜圖

7.      按右上角第21H圖譜按鈕,即可出現氫原子光譜圖(如圖5所示),而且當游標移到任何波鋒時,除了出現波峰數字外,該氫原子會立即出現圈圈顯示在分子中。

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51H氫原子光譜圖

8.      按右上角第113C圖譜按鈕即可出現碳原子光譜圖(如圖6所示),而且當游標移到任何波鋒時,除了出現波鋒數字外,該碳原子會立即出現圈圈顯示在分子中。

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613C碳原子光譜圖

9.      按右上角第4i訊息按鈕,即可出現分子訊息(如圖7&8所示)

10.  圈選單一原子,出現光譜位置&偶合常數。

11.  圈選兩個原子,出現鍵結距離。

12.  圈選三個原子,出現較與鍵的夾角。

13.  圈選四個原子,出現雙平面夾角。

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7:分子結構訊息_1

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8:分子結構訊息_2

14.  按左上角第4個軌道圖按鈕,即可出現分子軌道訊息(如圖9所示),例如HOMO & LUMO的分子軌道圖以及分子結構之電子密度分佈情形(紅色代表密度最高)等等。

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9:分子軌道訊息

iSpartan App的資料建置常見的分子結構大約5000個,這些資料建置在一般普通化學課程的應用已足夠,如果找不到資料時,須透過網站到Wavefunction總資料庫下載。

n  Mobile HyperChem

若沒有錢而且只需要分子結構的教師,則可以使用另外一個免費的Mobile HyperChem App,作者常常用來繪製化學結構,同樣的利用螢幕照相功能將分子結構存成圖片,以供教學用途,如圖10所示。(更進階的付費版本還包含一些物理化學數據)

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10:免費的Mobile HyperChem App

如果有化學教師需要化學分子結構繪圖,那麼下載此軟體版本就足夠了,非常好看的立體圖片,練習10分鐘就會畫所有的結構圖,非常容易上手。

n  教學體驗與感想

雖然iSpartan App的價格不是很貴,但作者並不建議學生購買(對化學研究即有興趣學生或研究所學生除外),其主要用途是給化學老師使用,尤其是上課內容是有機光譜時,可以將上課內容先用iSpartan下載所有圖片訊息,非常方便的可以將所有相關類似結構之IR & NMR & 電子密度等資訊一起對照解釋。當然最關鍵的電子分佈造成的光譜位置原因,都可以透過這些詳細的圖片一一解說。

未來,iPad學習一定會變成大學校園中學生學習的主流工具,目前雖然在台灣的大學校園中尚未普及,但是可以預見在將來的3-5年內會有驚人的發展,相關的化學App工具也會越來越多,但是在化學教育者的眼光中,最重要的是如何將市面上的App工具用在個人的教學上。

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