ქიმია და პერსონალური კომპიუტერი

კომპიუტერის დაუფლებას დღეს სხვადასხვა ასაკისა და პროფესიის ადამიანები ცდილობენ. ცხადია, ასევე უდავოდ დიდია მისი როლი განათლების (სწავლების) სფეროში. ამ საკითხთან დაკავშირებით ინტერნეტჟურნალი “mastsavlebeli.ge” რეგულარულად აქვეყნებს წერილებს, რომლებიც ძალიან კარგ რესურსს წარმოადგენს გაკვეთილზე კომპიუტერის „მარჯვედ” მოსახმარად. მაგრამ ძნელი სათქმელია, რა შეიძლება მივიჩნიოთ კომპიუტერის “კარგად ცოდნის” კრიტერიუმად. მისი ამოუწურავი შესაძლებლობებიდან გამომდინარე, ჩვენი წინსწრაფვა ჰორიზონტის ხაზისკენ ლტოლვას ჰგავს – რაც უფრო ღრმად ეუფლებით მას, მით მეტი თვალსაწიერი იშლება წინ.

მიუხედავად ამისა, არსებობს მინიმუმი და ეს მინიმუმია საოფისე პროგრამებთან (ძირითადად – MS Word-თან, MS Excel-თან, MS PowerPoint-თან, თუმცა ამ პაკეტში ბევრი სხვა საინტერესო პროგრამაც შედის) და ინტერნეტთან (მათ შორის – ელფოსტასთან) მუშაობა. თუმცა მხოლოდ ამ პროგრამების ცოდნა დაახლოებით იგივეა, რომ კარგად ვიცოდეთ წერა-კითხვა, ვიყოთ პრეზენტაბელურნი, ანგარიშსაც თვალის დახამხამებაში ვახერხებდეთ, ბიბლიოთეკაში ინფორმაციის მოძიებისას არ ვიბნეოდეთ და ყოველთვის ადვილად ვაგნებდეთ სასურველ ინფორმაციას. მაგრამ მასწავლებლისთვის ამ პროფესიულ უნარ-ჩვევებთან ერთად საჭიროა საგნობრივი მასალის ცოდნაც. რაც უნდა კარგი ორატორი იყოთ, რაც უნდა ზედმიწევნით იცოდეთ, რომელი წიგნი რომელ თაროზე დევს, ქიმიას ვერ ასწავლით, თუ ქიმია არ იცით! ამიტომ ქიმიკოსი ზემოთ ჩამოთვლილ პროგრამებთან ერთად აუცილებლად უნდა ფლობდეს ქიმიურ პროგრამებსაც, თუ მას სწავლებაში კომპიუტერის ჩართვა სურს.

სადღეისოდ ქიმიისა და ქიმიური ტექნოლოგიისთვის უამრავი კომპიუტერული პროგრამაა შექმნილი. მათ შესაქმნელად მუშაობენ როგორც მძლავრი კომპანიები და კორპორაციები, ისე ცალკეული სამეცნიერო ჯგუფები. ცნობილი კორპორაციებიდან აღსანიშნავია Advenced Chemistry Deve­lop­ment Inc., CambridgeSoft Inc., HyperCube Inc., MDL Infor­mation System Inc. და სხვა.

შექმნილი პროგრამული პაკეტებისა და ცალკეული პროგრამების კლასიფიკაცია შესაძლებელია სხვადასხვა პრინციპის მიხედვით. დანიშნულების მიხედვით არჩევენ შემდეგ პროგრამებს:

1. საინფორმაციო და საილუსტრაციო პროგრამები. მათი დანიშნულებაა, ყოველგვარი გაანგარიშების გარეშე წარმოაჩინონ გარკვეული ინფორმაცია. მაგალითად, ქიმიურ ელემენტთა პერიოდულობის ელექტრონული ცხრილი (Table, TableRus, EniG Table), ქიმიური რეაქციების სახელობითი კატალოგი (Named Organic Reactions), ქიმიური და ფიზიკური კონსტანტების მნიშვნელობები (Cons­tants) და სხვა.

2. გრაფიკული პროგრამები, რომელთა საშუალებითაც შესაძლებელია ქიმიური ფორმულების, მოლეკულების, ქიმიური რეაქციის სისტემებისა და ტექნოლოგიური სქემების გრაფიკული რედაქტირება. თავის მხრივ, გრაფიკული პროგრამები შეიძლება დაიყოს ორგანზომილებიან (2D-გრაფიკა) და სამგანზომილებიან (3D-გრაფიკა) გრაფიკულ პროგრამებად. პირველის საშუალებით შესაძლებელია “ბრტყელი” სტრუქტურების აგება, ხოლო მეორის საშუალებით – სივრცული მოლეკულებისა. 2D გრაფიკული პროგრამებია ChemSketch, ChemDraw, ISIS Draw, WinChemDraw, ChemWindow, Chemistry 4-Draw და სხვა, ხოლო 3D პროგრამები – Chem3D, 3D View, HyperChem და სხვა.

3. პროგრამები მარტივი გაანგარიშებისთვის, რომელთა საშუალებითაც წარმოებს მარტივი ქიმიური პროცესებისა და სიდიდეების (მოლეკულური მასა, დუღილის ტემპერატურა, გარდატეხის მაჩვენებელი და სხვა ფიზიკურ-ქიმიური პარამეტრები) გაანგარიშება. ასეთი პროგრამა უამრავია. ზოგჯერ ერთი და იმავე ამოცანის გადასაჭრელად მრავალი სხვადასხვა დასახელების (სხვადასხვა ავტორის მიერ შექმნილი) პროგრამაც კი არსებობს. აღნიშნული ტიპის პროგრამებია Chem­Assis­tant, ChemExpert, ChemMaths და სხვა. აქვე შეიძლება ცალკე დიდ ჯგუფად გამოიყოს სპექტრების დამუშავებისა (SpecViewer) და გრაფიკების აგების (DATAN, Enzfilter, GraFit, PeakFit, SigmaPlot, TableCurve) პროგრამები.

4. ქიმიური მოდელირების პროგრამები, რომელთა საშუალებითაც წარმოებს ქიმიური სისტემების მოდელირება: გეომეტრიული ოპტიმიზაცია, მოლეკულური მექანიკა, კვანტურ-ქიმიური მოდელირება. აღნიშნულ გაანგარიშებათა ჩატარება შესაძლებელია, მაგალითად, Chem3D და HyperChem პროგრამებით.

5.ქიმიური ანიმაციური პროგრამები, რომელთა საშუალებითაც ხორციელდება ქიმიური პროცესების ანიმაცია, რაც ქიმიური რეაქციებისა და მათი მექანიზმების თვალსაჩინოდ წარმოჩენას ემსახურება. ამ ტიპის პროგრამებიდან შეიძლება აღვნიშნოთ პროგრამა MoluCad და Chem3D.

6.ქიმიური პროგრამა-ბროუზერები, რომელთა საშუალებითაც წარმოებს როგორც გლობალურ, ისე ლოკალურ ქსელში ქიმიური ინფორმაციის მოძიება. აღნიშნული პროგრამები საგრძნობლად ამარტივებს მსოფლიო ქიმიური მონაცემების ბანკებიდან ინფორმაციის მიღებას. მაგალითად, ცნობილი ბელშტეინის საინფორმაციო სამსახურიდან ინფორმაციის მიღება შეუძლებელია პროგრამა-ბროუზერ Belstein Com­mander-ის გამოყენების გარეშე. ამ ტიპის პროგრამებიდან აღსანიშნავია ChemOffice-ის პაკეტში შემავალი პროგრამები ChemFinfer და ChemFinfer for Office.

7.ქიმიურ მონაცემთა ბაზების პროგრამები, რომლებიც განკუთვნილია ქიმიურ მონაცემთა ბაზებთან სამუშაოდ. ქიმიურ მონაცემთა ბაზებში, ზოგად მონაცემთა ბაზებისაგან განსხვავებით, ორგანიზებულია ქიმიური სტრუქტურების ჩაწერის შესაძლებლობაც.

მონაცემთა ბაზებთან მომუშავე პროგრამები შეიძლება დაიყოს ორ ტიპად. პირველი სახის პროგრამების, ანუ კატალოგების დანიშნულებაა მზა მონაცემთა ბაზებიდან ინფორმაციის მოძიება და წარმოჩენა. აღნიშნული ბაზები დახურულია, ანუ მათში რაიმე ახალი ინფორმაციის ჩაწერა-დამატება შეუძლებელია. დღეისათვის შექმნილია მრავალი ასეთი კატალოგი:

* ქიმიურ მონაცემთა ბაზა (Chemical Database) – იგი მოიცავს არაორგანულ და ორგანულ ნაერთთა ძირითად ფიზიკურ-ქიმიურ კონსტანტებს;

* სამკურნალო საშუალებების მონაცემთა ბაზა (Prescription Drug Database) – მოიცავს წამლების დასახელებას, ძირითადი სამკურნალო პრეპარატების დასახელებას, შედგენილობას, სამრეწველო დასახელების სინონიმებს, დანიშნულებას, და ა.შ.

* ტოქსიკოლოგიურ მონაცემთა ბაზა (Human and Animal Developmental Toxicology, Amphibian Developmental Toxicology, Inductrial Solvent Developmental Toxicology) – მოიცავს ნაერთების ტოქსიკოლოგიურ პარამეტრებს;

* იწ, 1H-ბმრ, მას-სპექტრების მონაცემთა ბაზები (Aldrich FT-IR Library, Aldrich vapor-phase FT-IR Library, NIST/EPA/MSDC Mass Spectral Database და სხვა) – მოიცავს ათიათასობით ნაერთის სპექტრულ მონაცემებს;

* რეაქციებისა და ქიმიური სინონიმების მონაცემთა ბაზა (Chemical Thesaurus) – მოიცავს ნაერთების დასახელების სინონიმებს, ქიმიური რეაქციების ტიპებს, ნაერთების ფიზიკურ-ქიმიურ თვისებებსა და მიღების მეთოდებს.

მეორე ტიპის მონაცემთა ბაზებთან მომუშავე პროგრამებს მონაცემთა საკუთარი, მზა ბაზები არ გააჩნია. მათი დანიშნულებაა, თავად უზრუნველყონ მომხმარებლის სურვილის მიხედვით ქიმიურ მონაცემთა ბაზების შექმნა და აწარმოონ ძიება როგორც ტექსტურ, ისე სტრუქტურულ რეჟიმში. ამ სახის პროგრამებიდან აღსანიშნავია ChemFinder (პაკეტი ChemOffice) და MolSearch Database Software. მათი საშუალებით შესაძლებელია 10 მლნ-ზე მეტი ჩანაწერის მქონე ქიმიური ბაზის შედგენა, რომელიც შეიძლება მოიცავდეს ქიმიურ სტრუქტურას (მისი აგება წარმოებს უშუალოდ მონაცემთა ბაზის პროგრამით, ვინაიდან იგი შეიცავს ჩაშენებულ ფორმულების მიკრორედაქტორს), მოლეკულურ მასას, დასახელებას და სხვ.

ქიმიური პროგრამების კლასიფიკაცია შეიძლება დავაფუძნოთ მათი მოქმედების პრინციპზე. ამ მხრივ განასხვავებენ კომპლექსურ და სპეციფიკურ პროგრამებს. კომპლექსური პროგრამები მოიცავს ზემოთ აღნიშნული კლასიფიკაციის ერთდროულად რამდენიმე პუნქტს, ანუ მათი საშუალებით შესაძლებელია როგორც გრაფიკაში მუშაობა, ისე გაანგარიშებათა შესრულება. ამიტომ არის, რომ ერთი და იგივე პროგრამა კლასიფიკაციის რამდენიმე პუნქტში მეორდება. სპეციფიკური პროგრამები გაცილებით მცირე ზომისაა (კომპლექსური პროგრამებისგან განსხვავებით) და მათი დანიშნულებაა რაიმე ერთი, კონკრეტული სახის დავალების შესრულება, მაგალითად, კონცენტრაციის, მოლეკულური მასის, მჟავიანობის და ა.შ. გაანგარიშება.

პროგრამების კლასიფიკაცია შეიძლება მოვახდინოთ ქიმიურ სფეროში გამოყენების თვალსაზრისითაც, ანუ დავყოთ ისინი პროგრამებად, რომლებიც გამოიყენება ორგანულ, არაორგანულ, ფიზიკურ, ანალიზურ და ა.შ. ქიმიაში. აქვე უნდა აღინიშნოს ლაბორატორის მენეჯმენტისა (STIS-Sample Tracking and Inventory System, IMCSPro-Instrument Maintence & Calibration System Pro, Laboratory Document Control System, LabTrack – ლაბორატორიული ელექტრონული ბლოკნოტი) და გარემოს დაცვის კონტროლის (Control Chart Pro, Control Chart Pro Plus Datalink) პროგრამები.

მიუხედავად პროგრამების ასეთი სიმრავლისა, არ არსებობს უნივერსალური პროგრამა, რომელიც ქიმიკოსის წინაშე დასმულ ყოველგვარი ტიპის ამოცანას გადაჭრიდა. ასეთი უნივერსალური პროგრამის შექმნა მრავალ სირთულესთან არის დაკავშირებული. მათგან, უპირველესად, აღსანიშნავია ასეთი პროგრამების დიდი ზომა და კომპიუტერული ტექნიკისადმი გაზრდილი მოთხოვნები, რაც ამცირებს პრაქტიკული გამოყენების ეფექტურობას. ამასთანავე, პროგრამის მოქმედების სიჩქარე მკვეთრად მცირდება, არადა, ისეთი რთული ქიმიური გაანგარიშებებისთვის, როგორიცაა კვანტურ-ქიმიური გაანგარიშებები, დრო უმნიშვნელოვანესი ფაქტორია. ამ პრობლემის მოსაგვარებლად რამდენიმე წამყვანმა კორპორაციამ (ACD Labs, CambridgSoft) შეიმუშავა მეტად ეფექტური მიდგომა. კერძოდ, ერთი უნივერსალური პროგრამის შექმნის ნაცვლად ისინი აწარმოებენ პროგრამულ პაკეტს, რომელშიც შედის ცალკეული პროგრამები, რომლებიც მუშაობს როგორც ავტონომიურ, ისე კომპლექსურ რეჟიმში, ანუ შესაძლებელია ერთი პროგრამიდან ინფორმაციის მეორეში გადატანა. მაგალითად, CambridgSoft-ის მიერ შექმნილი ქიმიური პროგრამების პაკეტი Chem­Office მოიცავს ხუთ დამოუკიდებელ, მაგრამ ერთმანეთთან ადაპტირებულ პროგრამას: ChemDraw, Chem3Dm, ChemFinder, ChemInfo, Table Editor, – ACD Labs-ის პაკეტი ChemSketch კი რამდენიმე ათეულ დამოუკიდებელ, ქიმიის ნებისმიერი სფეროსათვის გამოსაყენებელ პროგრამას მოიცავს.

აღსანიშნავია, რომ მიუხედავად დიდი პროგრამების პოპულარობისა, ზოგიერთ შემთხვევაში შედარებით მცირე ზომის, მაგრამ მხოლოდ კონკრეტული ამოცანის გადასაწყვეტად შექმნილი პროგრამები უფრო ეფექტურია…

იმედია, ერთხელ მაინც დაგჭირვებიათ ბენზოლის ბირთვის ჩასმა ტექსტში. როგორ “ხატავთ” ექვსკუთხედს შიგ ჩახაზული წრით? MS Word-ის გრაფიკას მიმართავთ? თუ უფრო კვალიფიციური სპეციალისტი ხართ და შეგიძლიათ მძლავრი გრაფიკული რედაქტორების PhotoShop-ის ან Corel-ის გამოყენება? მათი საშუალებით ბენზოლის “აგება” არაქიმიკოსებს “ეპატიებათ”, ქიმიკოსებს კი – არა!

ძვირფასო მკითხველო, თუ თქვენი სურვილი იქნება, მომდევნო წერილებში განვიხილავ, რა მარტივად შეიძლება სხვადასხვა სახის ქიმიური ამოცანების გადაწყვეტა “ქიმიის მცოდნე” პროგრამების საშუალებით.