Строим пространственные модели молекул в Blender

Участники мастер-класса познакомятся с различными пространственными моделями молекул: шаростержневыми, скелетными, полусферическими, а также смогут самостоятельно построить пространственную модель молекулы с помощью программы для 3D-моделирования Blender.

Расшифровка видео
0:04
Здравствуйте меня зовут Михайлова Павла Геннадьевна я доцент кафедры кибернетики
0:09
химико-технологических процессов сегодня мы с вами построим пространственный модели
0:16
молекул в блендере прежде чем приступать к блендеру Да соответственно у нас будет
0:22
с вами немного теорий Значит сегодня мы с вами будем строить
0:28
пространственные модели молекулы уксусной кислоты А значит Ну
0:36
что из себя представляют пространственные модели для того чтобы наглядно представить связи между атомами
0:43
их взаимное расположение как раз используются пространственные модели Они
0:49
как раз и передают реальную геометрию молекул Какие бывают пространственные
0:55
модели на данном слайде представлены три такие модели это
1:01
шаростержневая модели кеку Ливан Гоф либо Петерсона или
1:09
синко Петерсона также есть скелетные или каркасные модели по-другому называются
1:15
модели дрейден и полусферический Модели Модели стюарта ригли
1:21
а соответственно при разработке таких моделей а для атомов разных элементов
1:27
обычно используются следующие цвета представлены на данном слайде углерод
1:33
обычно изображается чёрным либо серым цветом водород белый азот синий кислород
1:40
красный и серо-жёлтый цветом Значит на данном слайде я также Представила
1:46
некоторые ссылки на ресурсы А где можно найти информацию о свойствах химических
1:52
соний соединений и посмотреть различные модели молекул это чем Спайдер пачем и
2:01
там соответственно есть информация да ещё раз повторюсь по свойствам химических соединений и допустим
2:09
необходимо найти какое-то вещество и можно там же посмотреть уже пространственную модель
2:16
данного молекул данного вещества так Ну начнём мы с вами
2:24
шаростержневая да
2:30
модели они конструируются так сказать из шариков которые символизируют отдельные
2:37
Атомы и расположены друг от друга на некотором расстоянии и скреплённых друг с другом
2:46
стержнями Да которые имитируют химическую связь поэтому называются шаростержневая
2:55
моделей они пропорциональны радиусом атомов а а соответственно длины вот этих
3:02
стержней они э пропорциональны длинам связи в молекуле значит ну как вы видите
3:10
А на данном слайде приведены а примеры шаростержневая
3:24
А вот на предыдущем слайде э я вам говорила о том что а атом разные атомы
3:31
значит изображаются окрашиваются разными цветами Да в молекуле метана значит
3:38
какие есть атомы И сколько их углерод Да
3:45
и водорода сколько четыре водорода так серная
3:51
кислота Ну я понимаю h24 да соответственно вот эти вот белые – Это
3:57
что такое Это водород кра кислород и
4:02
жёлтая – это сера значит применение Вот таких Шаро стержневых моделей Наверняка
4:08
да Вы уже в школе вы может быть на лабораторных работах собирали такие модели
4:13
шаростержневая Да соответственно позволяет визуализировать представление о строении
4:20
молекул веществ и позволяет Показать направление химических связей и величины валентных углов Да
4:28
соответственно помню вам что такое валентный угол это угол образованный направлением химических связей исходящих
4:35
из одного атома на следующем слайде представлены скелетные или каркасные
4:42
модели А значит они отражают межатомное расстояния и валентные углы в молекулах
4:48
состоят они вы видите из трубок или сплошных стержней которые соединены в точки которы соответствующие ядру атома
4:57
под углами равными валентными Значит на данном слайде представлены те же самые Да а вещества которые мы видели на
5:05
предыдущем слайде Это тот же самый метан серная кислота бензол А и Глюкоза Ну и а
5:14
следующая моделей – это полусферический модели на ну
5:20
э привычка воспринимать молекулы именно в виде Шаро стержневых моделей
5:27
создаёт ложное представление о том что атомы в молекуле находятся
5:34
на значительном расстоянии друг от друга да и соответственно что молекула – это такая ажурная сетка значит в
5:42
действительности атомы в молекуле они достаточно плотно упакованы
5:47
непосредственно прилегают друг к другу и не заполненного пространства между атомами нет значит для отражения как раз
5:54
взаимного расположения атомов эффективных размеров атомов х масштабах которые
6:00
пропорционально реальным и также валентных углов используются вот полусферический модели которые
6:07
представлены на данном слайде значит для того чтобы изготовить
6:15
полусферической – это межмолекулярные или
6:28
вандерваальсовы который не может проникнуть в другой атом не связанный с данным атомом химически и
6:35
второй атомный или ковалентный радиус буквой R обозначен на рисунке на данном
6:41
слайде а соответственно это такой радиус да то
6:49
есть если у нас два атома вступают в химическую связь центры этих атомов подходят ближе чем позволяют
6:58
вандерваальсовы этих атомов будут находиться на расстоянии равном сумме их
7:03
ковалентных радиусов значит Ну как следуют из названия Да полусферический
7:09
модели атомы в этих моделях изображаются сферами или шарами радиус которых равен
7:28
вандерваальсовы часть шара срезают так чтобы расстояние от центра до среза
7:34
соответственно было равно ковалентному радиусу значит почему я на этом
7:41
заостряет строить модель уксусной кислоты нам
7:48
понадобится понятие как раз о
7:58
вандерваальсовы Так значит Ну вы видите на данном слайде
8:06
примеры таких полусферический моделей опять те же самые вещества только в виде уже полусферический моделей повторюсь мы
8:14
с вами сегодня будем в блендере
8:20
разрабатывать значит модель уксусной кислоты Да ну про уксусную кислоту Я
8:26
думаю что вы все знаете систематической этановая
8:31
кислота значит что из себя представляет чистая безводная уксусная кислота при
8:38
небольшом охлаждении она твёрдая похожа на лёд Вот видите Да соответственно на
8:43
слайде слева внизу значит её температура плавления
8:49
чуть ниже комнатной и поэтому называют её ледяной кислотой значит водный раствор 7-8 процентно кусно кислоты
8:58
называют Эссен Да растворы от 3 до
9:03
15% про – это уксус Ну я думаю что дома у всех у вас есть да либо там уксусная
9:10
эссенция уксусная эссенция либо а столовый уксус Ну у столового уксуса
9:16
обычно концентрация там 6 тире 6 или 99% А значит в химической промышленности
9:25
уксусную кислоту используют как растворитель а или сырьё для синтеза ну
9:31
и соответственно в пищевой промышленности в быту все мы с вами тоже уксус используем А ну соль уксусной
9:39
кислоты называются ацетата а коротко скажу про опасность Да которую
9:45
представляет уксусная кислота Чем больше концентрация уксусной кислоты тем она
9:50
опаснее да А значит для глаз опасны растворы уже начиная с двухпроцентное
9:56
концентрации да то есть вот тот столовый уксус который у нас есть дома он
10:02
представляет опасность для глаз значит раствор уксусной кислоты от 30%
10:10
вызывают уже химические ожоги а последствия приёма концентрированной
10:16
уксусной кислоты это тяжёлый ожог слизистой оболочки соответственно
10:21
полости рта пищевода и желудка Кроме того
10:26
что при приме внутр концентрированной сер Простите уксусной кислоты получается
10:34
химический ожог ещё нарушается свёртываемость крови и А поэтому
10:40
А значит отравление уксусной кислотой сопровождается тяжёлыми
10:46
э желудочно-кишечным кровотечениями также опасные осложнение
10:52
отравления уксусной кислотой – это острая почечная недостаточность и токсическая дистрофия печени значит что
10:59
нужно сделать если вдруг случайно внутрь попала э кислота
11:06
уксусная Значит первое что нужно сделать – это
11:11
уменьшить концентрацию Да я вам сказала что Чем выше концентрация тем опаснее
11:17
значит соответственно нужно выпить в воду значит разбавить укс ную кислоту а
11:24
не нужно э соду пить Да потому что это тоже будет опасно ни в коем случае
11:30
нельзя вызывать рвоту Почему м То есть когда рвотные массы повторно
11:38
да будут проходить по желудочно-кишечному тракту Да через пищевод вызовут повторные ожог А значит
11:47
на данном слайде я вам Представила а видите внизу так называемый
11:52
А знак опасности А который а наносится на упаковку с
12:00
уксусной кислотой Ну это когда речь идёт о
12:05
концентрированной Да уксусной кислоте А значит здесь две пробирки
12:12
которые значит жидкость выливается из пробирок и значит здесь поражает металл
12:18
и руку нельзя допускать контакта с кожей может вызывать некрос соответственно и
12:24
ожог дальше нам вот этот слайд потом понадобится при
12:31
А значит разработке модели уксусной кислоты здесь
12:39
соответственно представлена а молекула уксусной кислоты
12:44
соответственно и валентные углы а соответственно радиусы вандерваальсовы
12:59
Давайте я вам поясню для того чтобы вы когда сядете за компьютеры Да я вам
13:04
раздам Вот то же самое тот же самый раздаточный материал вот с этим слайдом Значит для того чтобы вы понимали откуда
13:11
что взялось А значит смотрите допустим нам нужно рассчитать длину
13:19
связи ц Да соответственно между двумя атомами углерода Значит мы смотрим на
13:26
таблицу которая вот у нас посередине а значит мы берём Значит это у нас связь
13:34
какая одинарная Да одинарная Связь значит между двумя атомами углерода
13:40
смотрим на R1 – это ковалентный радиус значит чему он равен
13:46
0737 Да и соответственно мы берём и складываем два вот этих вот значений
13:53
ковалентного радиуса 0737 и 0737 получаем длину связи
13:59
дальше берём связь допустим да Значит связь Co она двойная связь да Тогда мы
14:07
смотрим соответственно на последний столбец вот где R2 У нас есть да смотрим
14:15
углерод длина значит ковалентный радиус для углерода в двойной связи Чему
14:23
равен 0669 а для кислорода
14:29
складываем получаем длину связи понятно и таким же образом все остальные значит
14:37
здесь обозначены соответственно валентные углы на рисунке я их тоже
14:42
изобразила и отдельно мы с вами потом вернёмся к соответственно к валентном углу в
14:49
метильной группе да Значит он равен
14:57
10928 Ну и вот эту вот митиль группу Я надеюсь что мы успеем мы отдельно потом уже
15:06
разберём Итак Ну это была теоретическая
15:13
часть а которая касалась именно химии дальше мы перейдём уже к
15:22
информационным системам Значит мы с вами будем разрабатывать модель уксусной
15:29
кислоты в блендере достаточно быстро меняются версии у блендера и соответственно
15:36
а очень сильно отличаются интерфейсы Да если вы допустим захотите поработать а
15:44
самостоятельно с блендером есть достаточно много видеоуроков да в в интернете но нужно соответственно
15:54
выбирать версию Да в которой вы будете работать на данный момент доступна версия
16:01
364 мы с вами будем работать в версии 292
16:07
значит ещё раз повторюсь Да интерфейсы очень сильно отличаются поэтому как бы
16:13
вот в этом Одна из основных проблем работы с блендером Ну на мой взгляд а
16:19
функционал у блендера он Я бы так сказала очень большой Да ну просто
16:25
огромный функционал там знаете да для
16:34
Ису значит Ну мы будем с вами В научных целях Да использовать будем молекулы
16:40
уксусной кислоты сегодня изображать значит здесь ну на требованиях Я тогда
16:45
не буду останавливаться к оборудованию
16:51
соответственно большинство современных компьютеров ответ вот этим требованиям
16:57
минималь к оборудованию и соответственно без проблем можно скачать установить
17:02
блендер Да дома и пользоваться им теперь мы с вами приступим
17:10
к практической части нашей работы Пожалуйста присаживайтесь за включённые
17:16
компьютеры для того чтобы Да Открыть соответственно проект в блендере нажимаете общее и вы видите перед собой
17:24
это называется сцена да то что находится на
17:32
сцене это различные объекты по умолчанию создаётся вот такой куб Значит
17:39
нам этот куб не нужен а вы его можете удалить то есть Выделите
17:45
его мышкой нажмите Delete и удаляйте нам нужно
17:50
расположить соответственно сцену вот наверху находятся оси Да Сейчас я
17:57
покажу так вот здесь наверху
18:03
В правом углу Вот видите значит щёлкает на эти оси так
18:09
чтобы у вас ось X была с правой стороны а Y
18:15
смотрела на вас Z была соответственно наверху там должно написано быть Там
18:21
спереди ортогональ первое С чего мы с вами начнём – это создание связей
18:30
между атомами значит для того чтобы создать связь между атомами
18:40
а значит а мы забыла сказать да что мы будем создавать шаростержневая
18:58
настройки этого цилиндра радиус у цилиндра будет 0,3 м вот здесь мы с вами создаём связь
19:07
со длина связи чему будет равна
19:12
139 то есть глубина будет 139 приближать удалять можно с помощью
19:18
мыши колёсика правой кнопкой мыши щёлкните по данному цилиндру и в
19:24
контекстном меню Найдите гладкое затенение
19:29
значит он у вас будет Гладкий тогда дальше нам необходимо передвинуть данный цилиндр вот здесь с левой стороны есть
19:37
меню Да по умолчанию у вас нажата вот эта вот первая самая кнопка значит Вам
19:45
необходимо нажать вот эту кнопку это кнопка для перемещения объекта вот где
19:50
две такие стрелочки Да крестик такой значит смотрите У вас теперь появилось
19:57
на аэ сцене да на самом цилиндре а две а
20:03
оси Да это стрелки видите Красная и синя
20:09
голубая Да Стрелка значит э соответственно это можно перемещать Вы
20:15
можете взять этот Цилиндр и переместить так чтобы э низ Да нижняя часть этого
20:22
цилиндра была в центре там где у вас мишень Да вот эта располагается курсор
20:28
теперь правой кнопкой мыши нажимаем на цилиндр и соответственно задать
20:34
центральную точку центр объекта э к 3D курсору теперь нам этот цилиндр нужно
20:43
повернуть соответственно на А 90° да мы его положить должны этот
20:49
цилиндр значит для этого выделяется Цилиндр и вращение значит
20:56
смотрите откройте пожалуйста меню у вас смотрите с правой стороны
21:02
Да есть вот где
21:08
значит у вас отображаются координаты там такая
21:14
маленькая стрелочка сейчас видно для того чтобы открылось вот это вот меню
21:20
тоже самое У вас отображается вот здесь вот с правой стороны
21:27
да Теперь нужно повернуть этот цилиндр вращение на 90° по оси Y мы с
21:35
вами делали связь двойную связь Да Co теперь нам нужно этот цилиндр э
21:43
продублировать значит правой кнопкой мыши щёлкает и просто нажимаете дублировать
21:51
дублировать и вы видите что у вас появился второй цилиндр поместите его ну чуть пониже следующее что мы с вами
21:58
делаем Это создаём Связь значит Для этого
22:04
необходимо сделать цилиндр Да только соответственно глубина то есть длина
22:09
этого цилиндра будет 1367 перемещаем этот цилиндр опять
22:14
наверх Так теперь опять же правой кнопкой мыши щёлка
22:19
задать центр объекта к 3D
22:26
курсору задать центр объекта к 3D
22:40
курсору так и смотрим да переместился у вас соответственно центр объекта вниз и
22:47
теперь А нам нужно этот цилиндр повернуть по оси
22:56
Y на сколько градусов значит валентный угол О да OC соответственно равен
23:06
122° значит э у нас цилиндр находится под углом 90° Вот и переместить Теперь
23:14
его э вниз этот цилиндр Теперь смотрите аналогичным образом э нам нужно
23:21
создать а следующую связь Да это связь CC
23:28
которая у нас сейчас скажу CC длина связи CC Чему равна
23:34
Посмотрите на раздаточной материале ц1 474 экстрема Да тысячных
23:44
экстрема значит что мы с вами делаем опять создаём цилиндр только соответственно
23:52
глубина будет у нас этого цилиндра 1
24:00
4 ставим его в центр координат опять делаем
24:07
значит центр объекта к 3D курсору и поворачиваем этот
24:16
цилиндр по оси Y на сколько градусов нам нужно создать валентный
24:22
угол 119° посмотрите у вас вот этот верхний цилиндр Да он должен соответственно быть
24:29
под углом 119° для этого его нужно повернуть на –
24:34
29° значит Кака какая связь у нас ещё с вами осталась Посмотрите на раздаточный
24:39
материал и на молекулу на саму Посмотрите Уно
24:45
кислоты основные связи не касаясь вот этой метильной группы значит двойную
24:51
связь мы с вами сделали сделали да получается
24:58
сделали и о группа Да у нас связь ещё раз Для того чтобы создать связь
25:05
соответственно Oh опять создаём цилиндр
25:11
значит глубина этого цилиндра чему будет равна
25:18
095 Да в таблице вот у нас есть связь о и длина этой связи равна
25:26
0,95 цилиндр опять же помещаем его так чтобы низ цилиндра был в центре
25:37
координат правой кнопкой мыши привязка 3D к центр объекта к 3D курсору смотрите
25:46
На какой угол нам нужно повернуть этот цилиндр Значит нам нужно
25:52
создать угол равный 106° 74 нам нужно вычесть
25:59
э угол на который мы с вами поворачивали связь C О 74 – 32 42° Значит мы по оси Y
26:12
поворачиваем А этот цилиндр на – 42° и перемещаем этот цилиндр вот туда
26:20
вниз да Для того чтобы сделать связь Oh с основными связями мы с вами
26:26
справились будем создавать атомы значит Ну это попроще да Значит так как мы с
26:36
вами создаём шаростержневая
26:50
что мы будем создавать – это атом углерода Какого цвета атом углерода у
26:57
нас серого Серого или чёрного должен быть Итак добавляем сферу да Для этого
27:03
заходим добавить МШ УВ сфера добавить Мэш УВ
27:14
сфера так и соответственно радиус этой сферы будет пропорционален
27:22
А чему радиус
27:29
радиусу А так значит углерод у нас имеет радиус
27:46
нрвая Да масштаб дальше опять правой кнопкой мыши щёлка по на по сфере
27:54
гладкое затемнение вот а и смотрите
28:02
а теперь нам нужно задать цвет Да и
28:08
материал из которого у нас будет атом углерода значит для этого с правой
28:15
стороны Посмотрите там есть закладка Да вот такой
28:22
красный кружочек такой Да теперь создаём материал
28:33
выбираем цвет этого материала соответственно Какой должен быть серый или чёрный значит для того чтобы увидеть
28:41
како цвет Да соответственно вот здесь вот переключитесь
28:47
наверху и вы увидите что у вас да и нажмите можете нажать там предпросмотр
28:52
вы увидите какого цвета у вас будет Этот шарик аналогичным образом
28:58
создаются остальные атомы Да что нам нужно сделать нам ещ один атом углерода
29:04
нужно создать и переместить его куда по оси по цилиндру где у нас Вот
29:13
это да ц Связь значит для этого дублируем аналогичным образом создаём
29:20
атом кислорода кислород у нас значит радиусом Каким должен
29:26
быть 62 и какого цвета
29:32
кислород красный кислород Ну и осталось нам Самое
29:37
интересное это что метильная группа да сделаем митиль группу и потом из нашей
29:44
шаростержневая полусферической модель как мы будем с вами
29:50
А создавать метелью группу Мы с вами сделаем молекулу метана Да повернём её А
30:00
и
30:06
присоединимся так значит Но для того чтобы создать
30:19
метильная в самом центре координат добавляем цилиндр который будет
30:26
соответствовать связи CH Чему равна длина связи
30:35
CH 1057 Итак создаём цилиндр который
30:40
соответствует у нас связи CH соответственно глубина Она же длина
30:47
1057 переместите пожалуйста цилиндр так чтобы низ цилиндр у вас располагался в
30:53
центре координат и правой кнопкой мыши соответственно опять же задать
30:58
центральную точку центр объекта к 3D курсору создадим атом водорода и
31:04
привяжем его вот к этому цилиндру создаём а водород
31:10
и соответственно этот водород мы привязываем вот сюда наверх Теперь
31:16
смотрите а выделяется А этот атом водорода которую мы привязали К цилиндру
31:23
И А в меню где у нас
31:31
а идут вот допустим положения Да вращение там есть такой подпункт
31:37
отношения и нужно выбрать родителя родители Мы выбираем только что созданный цилиндр Да связь вот эту Вот
31:44
соответственно CH теперь нам всю эту конструкцию нужно а продублировать и
31:53
соответственно повернуть по оси X на
32:01
10928 граду выделяем цилиндр и водород правой кнопкой дублируем со
32:08
связями дальше дальше нам нужно то что мы продублировать повернуть на угол
32:15
10928 помещаем его в центр координат Да
32:21
выбираем соответственно вид и прокрутить К активному объекту поворачиваем на
32:27
10928 по оси X нижнего вот то что вы сейчас сделали да а нужно продублировать и повернуть на
32:34
угол 12° Теперь мы вращаем не по оси X а соответственно по
32:40
Z Да по Z 120 теперь выделяйте те кто сделали ребят выделяйте Вот эту вот
32:47
созданную метильные её всю наверх да к атому
32:52
углерода теперь вот то что вы сюда подсоединили нужно повернуть по оси получается Y на 151° последний
33:03
этап те кто всё сделал можем из Шаро стержневой модели очень быстро сделать
33:09
полусферической модель для этого выделяем значит все сферы которые у нас
33:16
есть ну по очереди Да сферу любую Выберите и масштаби е масштаб по оси X Y
33:26
и и так со всеми сферами и в итоге
33:31
смотрите да у вас должна шаростержневая модель у вас получается вот такая как представлена на
33:39
слайде 39 Вот она смотрите вот такая модель шаростержневая
33:46
уксусной кислоты вид спереди вид сзади слева
33:55
сверху Вот она соответственно такая в пространстве и вот такая полусферическая
34:01
модель уксусной кислоты должна у вас получиться на этом мы с вами заканчиваем
34:07
Спасибо за внимание До
34:13
свидания

Поделиться: