An der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH) wird Maple bereits seit vielen Jahren erfolgreich zur Unterstützung des studentischen Lernens in Mathematik- und Physikkursen eingesetzt. Doch als Dr. Jan van Leusen, Dozent am Institut für Anorganische Chemie, von der Maple Quantum Chemistry Toolbox von RDMChem erfuhr, war ihm klar, dass es an der Zeit war, Maple auch im Fachbereich Chemie einzusetzen!
Van Leusen unterrichtet an der Universität Kurse in anorganischer Chemie. Da er durch seine Arbeit in der Physik bereits mit Maple vertraut war, erkannte er schnell, dass er mit Maple und der Quantum Chemistry Toolbox seine Vorlesungen bereichern kann. Dieses Add-on zu Maple kombiniert moderne Softwaretechniken der Quantenchemie mit der mathematischen Leistungsfähigkeit und Benutzerfreundlichkeit von Maple, um eine umfassende, einfach zu bedienende Umgebung für die parallele Berechnung der elektronischen Energien und Eigenschaften von Molekülen zu schaffen. Die Quantenchemie-Toolbox bietet Werkzeuge für Vorlesungen und das Selbststudium, von vollständig ausgearbeiteten Beispielen für einführende Quantenmechanik-Probleme bis hin zu fortgeschrittenen Ansätzen wie der vollständigen Aktivraummethode für molekulare Verbindungen. Sie kann verwendet werden, um Moleküle zu studieren und zu verstehen, neue Moleküle für Anwendungen in Technik, Molekularbiologie und Physik zu entwerfen und Quantenmechanik und theoretische Chemie im Unterricht lebendig werden zu lassen.
Visualisierung ist der Schlüssel
Chemiker müssen oft wissen, wie die Lösungen der Wellenfunktionen des Heisenberg-Operators aussehen, und hier kommt Maple ins Spiel. Van Leusen verwendet Maple mit der Quantenchemie-Toolbox, um die s-, p-, d- und f-Orbitale zu berechnen und dann zu visualisieren, indem er 3-D-Visualisierungen verschiedener Atome neben dem Standard-Wasserstoffatom verwendet. Außerdem zeigt er seinen Studenten die Berechnungen und Visualisierungen der Molekülorbitale von kleinen Molekülverbindungen wie H2 O, um ihr konzeptionelles Verständnis zu entwickeln und zu vertiefen. Mit einer einzigen Visualisierung kann er das Modell interaktiv drehen, um den Studenten verschiedene Ansichten zu zeigen, die Informationen über die verschiedenen Orbitale vermitteln. Dieser Ansatz ist seinem früheren Ansatz weit überlegen, bei dem er für jedes Orbital eine eigene 2D-Projektion erstellte, die er in seiner Vorlesung auf mehreren Folien präsentierte und von den Studierenden verlangte, sich eine eigene Vorstellung des gesamten Moleküls zu machen. Durch die Verwendung von Maple sind die Visualisierungen für seine Studenten wesentlich einfacher zu verstehen, so dass es ihnen leichter fällt, sowohl die zugrunde liegende Theorie als auch deren Anwendung auf die spezifischen Moleküle, mit denen sie arbeiten, zu verstehen.
"Die Visualisierungen von Molekülen aus Maple mit der Quantum Chemistry Toolbox sind als Lernwerkzeug von unschätzbarem Wert," sagt van Leusen. "Mit ihnen können die Studierenden die Verbindung zwischen der Theorie und der Struktur bestimmter Moleküle und deren Bindungen schneller, genauer und sicherer herstellen."
Van Leusen verwendet Maple auch, um Fragen außerhalb des Unterrichts zu beantworten. Er hat die Kursmaterialien, die mit der Quantum Chemistry Toolbox geliefert werden, als besonders nützlich empfunden und greift oft auf sie zurück, um ein Beispiel zu finden, das die Frage eines Schülers beantwortet oder ihm hilft, etwas zu verstehen, mit dem er Schwierigkeiten hat.
Die Visualisierungen von Molekülen aus Maple mit der Quantum Chemistry Toolbox sind als Lernwerkzeug von unschätzbarem Wert.”
Einfach zu bedienende Chemie-Software
Van Leusen findet, dass Maple und die Maple Quantum Chemistry Toolbox wesentlich einfacher zu bedienen sind als herkömmliche Tools für die computergestützte Chemie und dennoch alle Anforderungen seiner Kurse erfüllen. Andere Tools erfordern in der Regel einen hohen Programmieraufwand, spezielle Hardware, liefern langsame Antworten und eine Umgebung, in der man beim Einrichten der Aufgabe leicht Fehler machen kann, ohne es zu merken. Im Gegensatz dazu ist Maple sehr intuitiv, läuft auf einem Standard-Desktop-Computer und die Ergebnisse werden schnell zurückgegeben. Die Verwendung von Standard-Notation bedeutet, dass man leicht erkennen kann, wenn man einen Fehler gemacht hat.
"Das Arbeiten in Maple mit der Quantum Chemistry Toolbox von RDMChem ist sehr intuitiv. Es fühlt sich fast so an, als ob ich einfach in ein paar Sätzen nachfrage, was ich suche, ein paar Details angebe und Maple es dann einfach erledigt. Es ist viel einfacher als jedes andere Tool für die computergestützte Chemie, das ich je benutzt habe, und erfüllt meine Lehrbedürfnisse mehr als ausreichend."
Ihm gefällt auch, dass Maple nicht nur numerische, sondern auch analytische Lösungen finden kann, so dass im Falle eines einzelnen Elektrons genaue Berechnungen und entsprechende Visualisierungen möglich sind.
Nachdem er gesehen hatte, wie erfolgreich er seine Studenten fesseln und aufklären konnte, begannen andere Professoren des Fachbereichs, van Leusen um Hilfe bei der Erstellung von Visualisierungen zur Unterstützung ihrer eigenen Vorlesungen zu bitten. Heute werden Visualisierungen von Molekülen, die in Maple mit der Quantum Chemistry Toolbox von RDMChem erstellt wurden, in vielen Kursen im ersten und dritten Jahr der anorganischen Chemie und sogar darüber hinaus verwendet, z. B. in Chemiekursen, die von Biologiestudenten belegt werden, und in Vorbereitungskursen, die neuen Studenten vor Beginn ihres ersten Jahres angeboten werden.
Kontaktieren Sie Maplesoft, um zu erfahren, wie Maple bei Ihren Projekten angewandt werden kann.
