化学は決して退屈な科学分野ではありません。基礎知識がしっかりしていれば、きっと気に入るはずです。化学の学習を面白くするためのコンピュータ プログラムはたくさんあります。一方、化学の高等教育や研究は、何らかのソフトウェアを使わないとできません。しかし、必要なソフトウェアに関するガイダンスを得るのは簡単なことではありません。ほとんどのツールは、インストール後に期待どおりに機能しません。 Linux ユーザーにとって、最適な Linux 化学ソフトウェアを見つけることは、ユーザーベースが小さいため、さらに面倒です。したがって、Linux 用のオープンソースの化学ツールを探しているなら、ここが正しい場所です。
Linux に最適な化学ツール
プログラムが異なれば、用途も異なります。初心者向けのものもあれば、上級ユーザー向けのものもあります。繰り返しますが、高校レベルの化学の学生は、化学研究ソフトウェアを使用する必要はありません。適切な人には適切なツールが必要です。そのため、ここでは、15 の最高のオープンソース Linux ツールを含むリストを作成しました。リストには、あなたを隠すためのさまざまなカテゴリのソフトウェアが含まれています。
1.トムビズ
Tomviz は、Linux 用の人気のあるオープンソースの化学ツールです。主に断層データ解析ツールです。トモグラフィーは、透過波を使用して特定のものを切断して画像化する方法です。 CT スキャンは、断層撮影の原理を利用した良い例です。 Tomviz は、断層撮影データを 3D 形式で視覚化できます。断層撮影データを分析するためのカスタム アルゴリズムに Python を使用することもできます。
Tomviz の主な機能
- 多くのビルトイン レンダリング ツールセット用の美しい GUI を備えています。
- 視覚化設定でさまざまなカスタマイズ オプションを利用できます。
- 表示設定のパラメータは組み合わせて使用できます。
- ユーザーは、最終的なビジュアル出力をアニメーション化できます。画像や動画ファイルとして保存することもできます。
- 収集されたデータは、ユーザー定義のアルゴリズムによって分析できます。
- データのインポートおよびエクスポート用に多数のファイル形式をサポートしています。
2. Psi4
オープンソースの Linux 化学ツールです。これは主に第一原理量子化学ソフトウェア パッケージです。このツールは、さまざまな分子特性を高精度にシミュレートできます。この Linux 化学ソフトウェアは C++ 言語で書かれています。ユーザーは、このソフトウェアに組み込まれている数値法とアルゴリズムを使用して、多数の量子化学法にアクセスできます。このツールの高度な Python インターフェイスにより、ユーザーは量子計算用のルーチンを作成できます。
Psi4 の主な機能
- 共有メモリの並列化機能を備えているため、マルチコア マシンの可能性を最大限に活用できます。
- ユーザーは組み込みの Python ベースのコマンド モジュールを使用してタスクを自動化できます。
- このツールは、分子点群の最大のアーベル部分群を簡単に認識して活用できます。
- このツールのコードは高度に最適化されているため、高度に相関した設定操作を行うことができます。
- 他の操作と一緒にスカラー相対論的補正を実行できます。
3.ゲーム
GAMESS は ab initio 分子電子構造解析ソフトウェアです。この Linux 化学ソフトウェアは、量子化学の一部です。さまざまなタイプの波動関数を計算できます。開発者は、元のコードを GAMESS-US と GAMESS-UK という名前の 2 つの異なるバージョンに分割しました。どちらも大幅に変更されているため、これら 2 つのバージョンにはいくつかの違いがあります。ここでは、英国版のソフトウェアについて説明します。
GAMESS-UK の主な機能
- ダイレクト SCF、ダイレクト MP2、ダイレクト RPA などのさまざまな計算方法で動作します。
- このソフトウェアには、分散多重極分析、自然結合軌道 (NBO) 分析、マリケンおよびローディン人口分析など、さまざまな分析ツールが組み込まれています。
- 組み込みの局所および非局所擬ポテンシャルは、エネルギーの二次導関数を計算できます。
- 前処理および後処理から得られたスカラーおよびベクター データを表示するための CCP1GUI が組み込まれています。
- GAMESS は並列システムでスムーズに実行できるため、生産性が向上します。
4. MPQC
MPQC は、Massively Parallel Quantum Chemistry ソフトウェアというオープンソースの化学ツールの元の名前の省略形です。量子化学の方法で分子の特性を計算できます。このツールの主な焦点は、結合クラスターなどの多体電子構造法です。現在のバージョンは MPQC4 として広く知られており、並列コンピューター システムで実行できます。
MPQC の主な機能
- このツールのソースはオブジェクト指向設計です。
- MPQC は並列処理をサポートしているため、計算速度が向上します。
- このツールには高度な座標ジオメトリ アナライザーが組み込まれています。
- 閉殻、非制限、および一般的な制限開殻のエネルギーと勾配について、Hartree-Fock 理論と密度汎関数理論の両方をサポートしています。
- MPQC は、エネルギーと勾配の二次理論のさまざまな方法をサポートしています。
5. NWChem
NWChem は、第一原理計算化学ソフトウェアです。この Linux 用の化学ツールは、分子化学に関する複雑な計算を実行できます。他のほとんどの優れた研究ソフトウェアと同様に、並列計算システムをサポートしています。 NWChem はスケーラブルなツールであるため、家庭用 PC から高性能コンピューター ネットワークまで使用できます。分子の化学構造のシミュレーションに古典的な分子動力学の原理を使用します。
NWChem の主な機能
- 古典的な方法と量子的な方法の両方で計算を処理できます。
- 生産性の高いスケーリング機能により、数千のプロセッサのクラスタに適応できます。
- Hartree-Fock 法を使用して、定常状態の量子多体系の波動関数とエネルギーを決定できます。
- NWChem は、Douglas-Kroll、Dyall-Dirac、スピン軌道など、さまざまな方法の計算で相対論的補正をサポートしています。
- このツールは、擬ポテンシャルと平面波基底関数セットを使用して密度汎関数理論の計算を実行します。
6.アボガドロ
Avogadro は、高度な分子エディターおよびビジュアライザーです。これは、物理学、生物学、材料科学などの他の分野で使用されるクロスプラットフォームの Linux 化学ソフトウェアです。この視覚化ツールには、プラグイン システムを介して拡張可能な高度なレンダリング エンジンがあります。このツールの次期バージョンには、タスク自動化のための強力なスクリプト機能が搭載される予定です。
Avogadro の主な機能
- レンダリングおよび計算タスク用のさまざまなスレッドをサポートします。
- このツールには、結晶単位セルのサポートが組み込まれています。
- 人気のソフトウェアである Open Babel からファイルをインポートできます。
- 開発者は、プラグイン アーキテクチャを使用して機能を拡張できます。
- Python 言語でスクリプトを作成するための組み込みのインタープリターがあります。
- API に関する優れたドキュメントを備えています。すべての API は公開されています。
7. PyMOL
名前が示すように、このツールは Python 言語に基づいています。 PyMOL は、OpenGL を使用して分子グラフィックスを視覚化します。この Linux 用化学ツールは、分子データをリアルタイムで視覚化できます。見事な画像を生成し、それらをアニメーション化できます。このツールは、GPL ライセンスの下で無料で利用できます。カスタム アプリケーションで使用する使いやすい API を提供します。
PyMOL の主な機能
- リアルタイムの 3 次元視覚化をサポートします。
- OpenGL グラフィック ライブラリにより、高品質の出版物標準レンダリングを実行できます。
- PyMOL は、動画を視覚化するための広範なアニメーション ツールを備えています。
- 反射データを使用して電子密度マップを生成できます。
- 角度、距離などの測定ツールが組み込まれています。
- .pze、.pzw、.pse.gz、.psw.gz など、さまざまなファイル形式を読み取ることができます。
8. CP2K
CP2K は、無料でオープンソースのアトミック シミュレーション ソフトウェアです。固体、液体、結晶化などのさまざまな状態の材料をシミュレートできます。物理学、化学、生物学など、科学のさまざまな分野で高度に使用されています。この Linux 化学ソフトウェアは、線形および並列スケーリング法で分子の電子構造を実行できます。さまざまな ab initio メソッドを実行するための QUICKSTEP モジュールを備えています。
CP2K の主な機能
- 計算量子力学モデリングに DFT 手法を使用します。
- このツールは、Hartree-Fock 法によって定常状態の量子多体系のエネルギーを決定できます。
- エネルギーと力の計算のためのいくつかの二次理論をサポートしています。
- CP2K は、LibXC 関数ライブラリを介して密度関数を拡張できます。
- このツールは、一点エネルギー、ジオメトリの最適化、周波数を計算できます。
9.バベルを開く
Open Babel は、化学ツールボックスとしても知られています。多くの化学ツールがこのソフトウェア パッケージに依存しています。このオープンソースの化学ツールは、化学データ ファイルの読み取りと編集を行うことができます。共同プロジェクトであるため、一般ユーザーはデータを検索、変換、分析、またはこのソフトウェア システムに保存できます。 Open Babel は、分子モデリング関連の分野で使用される多くのファイル形式を変換できます。コマンドライン インターフェイスを備えており、他の一般的なソフトウェアと互換性があります。
Open Babel の主な機能
- ファイルを変換したり、分子を検索したりするためのツールが組み込まれています。
- このツールでは、幅広い化学データ ファイル形式がサポートされています。
- このツールは、インポートされたファイルの種類を自動的に認識できます。したがって、ユーザーが定義する必要はありません。
- バッチ変換機能により、時間が節約され、生産性が向上します。
- 分子力学のすべての基本原理をサポートしています。
- シミュレーションを改善するために、ユーザーは水素を足したり引いたりできます。
10.ガベディト
Linux 用の他の化学ツールと同様に、Gabedit は単一のソフトウェアではありません。むしろ、Gamess-US、Molcas、Gaussian、MPQC、Molpro などを含む GUI ベースのソフトウェアの完全なパッケージです。したがって、計算化学に関連するさまざまなタスクを実行できます。さまざまな種類の分析からビジュアル レンダリングまで、Gabedit が対応します。
Gabedit の主な機能
- このツールセットは、化学データに関する主要なファイル形式をほぼすべてサポートしています。
- さまざまな化学ソフトウェアから得られた分析結果をグラフィカルに表示できます。
- データ視覚化ツールにはさまざまなカスタマイズ パラメータがあります
- レンダリングされたグラフィック データはアニメーション化し、動画ファイルとしてエクスポートできます。
- このツールは、GENNBO ファイルから軌道データを読み取ることができます。
- 人気のある化学ソフトウェア NWChem のサポートが組み込まれています。
11. Jモル
Jmol は、オープンソースの化学ツールの名前です。 Java ベースの 3D 画像ビューアです。このツールは、3 次元の化学構造を表示する際によく使用されます。分析や研究に使用されるだけではありません。むしろ、これはあらゆるレベルの教育に使用できる初心者向けのツールです。化学とは別に、このツールは物理学、生物学、材料科学の分野で使用されています。
Jmol の主な機能
- Web ページと統合できる JmolApplet というアプレットがあります。このツールは、オンライン コースやチュートリアルを強化するのに非常に役立ちます。
- Java ベースのツールであるため、どの Linux マシンでも簡単に実行できます。
- グラフィックス プロセッシング ユニットの性能に関係なく、3D グラフィックスをレンダリングできます。
- このツールは、最も一般的な形式から独自の形式まで、幅広い分子ファイル形式をサポートしています。
- Jmol は、分子構造から導き出されたグラフィック出力をアニメーション化できます。
- 一般的に使用されるさまざまなファイル形式でグラフィックをエクスポートできます。
12.カリウム
Kalzium は、Linux 用のかなり基本的な化学ソフトウェアです。しかし、非常に便利なので、すべての高校生が自分のマシンにインストールする必要があります。このソフトウェア パッケージには、元素に関するすべての基本情報が含まれており、本格的な周期表も組み込まれています。また、3D 分子ビューアー、化学式ソルバー、その他の便利なツールも利用できます。
カリウムの主な特長
- フル機能の周期表を従来の方法で表示できます。
- 周期表は、グループ、ブロック、ファミリーに従って並べ替えることができます。
- 組み込みの化学方程式ソルバーは、複雑な方程式を解くのに役立ちます。
- ユーザーは、さまざまな化学ファイル形式から分子の 3 次元構造を視覚化できます。
- タイムラインは、要素の履歴を知るための興味深い機能です。
13. XDrawChem
XDrawChem は、2 次元の視覚化ソフトウェアです。このオープンソースの化学ツールは、化学構造と反応を視覚化できます。有名な有料ツールである ChemDraw についてご存知かもしれません。 XDrawChem は、ほぼ同様の機能を無料で提供しています。多くのファイル形式と互換性があります。ユーザーは、一般的な PNG および EPS 形式で画像をエクスポートできます。
XDrawChem の主な機能
- さまざまなコンポーネントを検出し、描画中にそれらを自動的に整列させることができます。
- ほぼすべての標準的なアミノ酸と核酸の巨大な構造ライブラリが組み込まれています。
- ユーザーは、さまざまなパラメーターに基づいてサーバーから構造情報をダウンロードできます。
- この Linux 化学ソフトウェアは、Open Babel の現在のリリースでサポートされているすべての形式を読み書きできます。
- ユーザーは、BUILD3D ツールをインストールして 3D 描画機能を追加できます。
14. GROMACS
この Linux 用の化学ツールは、分子動力学を構築および分析するためのシミュレーターです。これは、応用科学と工学のさまざまな分野で使用される非常に柔軟なツールです。何百万もの粒子の分子動力学をシミュレートできます。この特定の理由から、巨大なタンパク質と脂質分子が存在する生化学反応で非常に使用されています.開発者は、これをバイオインフォマティクス データベースと統合しようと懸命に努力しています。
GROMACS の主な機能
- スクリプトに関する事前知識は必要ありません。使いやすくシンプルなユーザー インターフェースが特徴です。
- 開発者は、初心者向けに電子ブック形式の無料ユーザー マニュアルを提供しています。
- 高度な読み込み画面機能により、残り時間と進行状況に関する情報が提供されます。
- ユーザーは、高度な圧縮方法を使用して軌跡データを保存できます。
- 軌道ツールは、軸ラベル、凡例などを含むグレース グラフで出力を生成できます。
15. BKケム
BKChem は、入手可能な最も単純な化学ソフトウェアの 1 つです。このツールは無料でオープンソースです。元のコードは Python 言語で書かれています。二次元分子エディタです。しかし、これとは別に、多くの機能で肥大化しています.
BKChem の主な機能
- ユーザーはテンプレートから図を作成して生産性を高めることができます。
- 描画ツールはリッチ テキストと色をサポートしています。
- 配置、回転、スケーリングなど、基本的な配置機能をすべて利用できます。
- 図面を SVG、EPS、PDF、およびほとんどすべての一般的な形式にエクスポートできます。
- ユーザーは、Python と XML でコードを記述して独自のプラグインを開発できます。
最終的な考え
前述したように、さまざまな開発者によって作成された Linux 化学ソフトウェアが多数あります。すべてのパッケージは異なり、その目的があります。特定の仕事のために、多くの代替ツールを入手できます。ここでも、いくつかのツールは独自の方法で使用されています。
上記のリストは、仕事を遂行するために必要なソフトウェアの種類を把握できるように厳選されています。ただし、要件のスイート スポットを満たすために、最大数のソフトウェアを試してみることをお勧めします。このリストが役に立つと思ったら、フェローや同僚と共有することを忘れないでください。また、お気に入りのツールが見つからない場合は、コメント セクションで遠慮なくお知らせください。