Beim Erforschen chemischer Verbindungen hilft die grafische Darstellung der Chemiesoftware Avogadro. Sie meistert dabei souverän die dritte Dimension und bietet eine intuitive Oberfläche, die dennoch viele Funktionen bereitstellt.

Unter den naturwissenschaftlichen Disziplinen stellt die Chemie ganz besondere Anforderungen an die Software: Bevor der Forscher sich mit komplexen Molekülverbindungen befassen kann, braucht er eine ausgefeilte Anwendung, um sie grafisch darzustellen. Ohne eine dreidimensionale Ansicht ist es schwer, dabei den Überblick zu bekommen. Die freie Software Avogadro ([1], Abbildung 1) legt die Einstiegshürde niedrig, macht aber, was den Funktionsumfang angeht, trotzdem keine Kompromisse.

Abbildung 1: In Avogadro navigiert der Benutzer per Mausklick durch selbst gebaute Molekülstrukturen. Vergrößern, Verkleinern und Drehen erledigt der 3D-Renderer souverän.

Bekannter Namensgeber

Mit seinem Namen erinnert das Chemieprogramm an den italienischen Physiker und Chemiker Amedeo Avogadro. Er stellte im 19. Jahrhundert unter anderem das Avogadro\’sche Gesetz auf, nach dem alle Gase bei gleichem Volumen, gleichem Druck und gleicher Temperatur auch stets dieselbe Anzahl Moleküle enthalten. Avogadro entdeckte auch die ebenfalls nach ihm benannte Konstante, die die Anzahl der Teilchen pro Stoffmenge angibt.

Personalunion

Die Entwickler um den Projektinitiator Marcus D. Hanwell [2] treten also in die Fußstapfen einer berühmten historischen Persönlichkeit. Doch auch der Hauptentwickler kann immerhin auf einen Doktortitel der Chemie verweisen, den er an der Universität von Pittsburgh erworben hat. Er ist zugleich KDE-Entwickler. Daraus ergibt sich folgerichtig, dass die Avogadro-Oberfläche auf QT basiert. Wie die zugrunde liegende Programmiersprache Python läuft das Programm dadurch nicht nur unter Linux, sondern auch unter Windows und Mac OS X. Mit der nun erschienenen Version 0.9 erreicht das Projekt nach knapp zwei Jahren die Betaphase.

Molekül-Editor

Die Bedienung von Avogadro ist einfach, was der expliziten Zielsetzung des Projekts entspricht: Nicht nur Wissenschaftler, sondern auch Schüler sollen mit dem Programm Moleküle bauen können, ohne sich erst lange einarbeiten zu müssen. Mit dem »Zeichnen«-Werkzeug fügt der Anwender mit einem Mausklick Elemente ein, nachdem er Art und Anzahl der Bindungen festgelegt hat. Die Fragment-Bibliothek (Abbildung 2) kennt zahlreiche häufig gebrauchte chemische Verbindungen und nimmt dem Anwender die Arbeit ab, sie selbst per Hand zusammenzusetzen.

Abbildung 2: Viele vorgefertigte Molekülfragmente, auch für Hochprozentiges, sorgen für einen schnellen Start. Als Genussmittel taugt das virtuelle Ethanol allerdings nicht.

Im Navigationsmodus lassen sich die zusammengefügten Moleküle von allen Seiten betrachten. Der Benutzer dreht die Verbindungen nach Belieben in allen drei Dimensionen und zoomt an die Details heran. Selbst ein Werkzeug zur automatischen Optimierung auf der Grundlage verschiedener chemischer Kraftfelder wie MMFF (Merck Molecular Force Field) und UFF (Universal Force Field) bietet das Programm.

Zu den Stärken von Avogadro gehört auch die modulare Struktur, die die Erweiterung mit Plugins ermöglicht. Entwickler können die 3D-Rendering-Funktionen selbst ergänzen und eigene Werkzeuge und Befehle definieren. Die Schnittstelle zum Multitalent Open Babel [3] sorgt für Kompatibilität mit zahlreichen anderen Chemieprogrammen.

Open Babel, eine Mischung aus Endanwender-Programmen und einem Toolkit für Programmierer ist aus dem reinen Konvertierungstool Babel hervorgegangen. Es übersetzt, erkennt und konvertiert über 90 im chemischen Bereich gebräuchliche Dateiformate. Auf die Programmierbibliothek greifen viele freie Projekte aus dem Themenbereich Chemie zurück. Spezialwerkzeuge für die Biochemie, aber auch für organische und anorganische Chemie machen Open Babel zu einer attraktiven Basis.

Neuanfang

Version 0.9 soll der finalen Fassung strukturell so nahe wie möglich kommen. Dazu haben die Entwickler große Teile des Code neu geschrieben. Dabei haben sie auch zahlreiche neue Features implementiert, darunter beispielsweise eine Schnittstelle zum 3D-Modellierer Povray [4]. Nun können Avogadro-Anwender diesen leistungsfähigen Renderer benutzen, um ihre dreidimensionalen Werke als PNG-Grafik zu exportieren. Der eingebaute 3D-Renderer erzeugt aber ebenfalls alle gängigen Bildformate, auch Vektorgrafiken (Abbildung 3). Diese lassen sich ohne Qualitätsverlust skalieren.

Abbildung 3: Der eingebaute Renderer erzeugt alle gängigen Bildformate und auch Vektorgrafiken, die sich ohne Qualitätsverlust vergrößern lassen. Alternativ greift Avogadro für die 3D-Darstellung auf das externe Programm Povray zurück.

Die Homepage gibt Einblick in die guten Vorsätze, die sich die Avogadro-Entwickler bis zur finalen Version gesetzt haben. Schwerpunkte bilden die Dokumentation und die Lokalisierung. Es existieren neben dem englischen Original bereits Übersetzungen ins Französische und Deutsche, die bislang allerdings unvollständig blieben. Ein eingebautes Hilfesystem gibt es noch nicht, das entsprechende Menü enthält lediglich Links auf die Dokumentationsseiten der Projekte-Homepage. Leider findet der Anwender auch hier auf viele Fragen noch keine Antwort.

Weiterhin möchten die Entwickler die Benutzeroberfläche aufräumen, nachdem die neu implementierten Funktionen die Übersichtlichkeit beeinträchtigt haben. Sie planen außerdem einen Plugin-Manager, damit die Benutzer einzelne Erweiterungen leichter ein- und ausschalten können. Zahlreiche weitere Vorhaben geben Anlass zur Hoffnung auf ein rundes Stück Software. Daran, die gelegentlichen Abstürze von Avogadro 0.9 zu verhindern, arbeiten die Programmierer hoffentlich ebenfalls.

Süße Pfannkuchen

Wer doch lieber im Teig rührt als in der Molekülsuppe, sollte sich statt an einem Benzolring an Pfannkuchen mit Vanillezucker versuchen. Die Zutaten: 75g Butter, 150g Zucker, 2 Päckchen Vanillezucker, 5 Eier, 350 Milliliter Milch, 15g Mehl.

Abbildung 4: Beim Backen von Pfannkuchen kann der Kopf vom Knobeln mit Atombindungen entspannen. (Bild: © sxc.hu)

Zubereitung: Die Butter zerlassen, mit Zucker und Vanillezucker verrühren. Die Eier hinzufügen und das Ganze schaumig verquirlen. Mit dem Mehl zu einem glatten Teig verrühren. Eine Pfanne bei mittlerer Hitze anheizen. In der mit Butter gefetteten Pfanne den Teig in Portionen aus ein bis zwei Schöpflöffeln von beiden Seiten goldbraun backen. Mit Sahne, Obst oder Beeren, Honig oder Marmelade servieren, solange die Pfannkuchen noch warm sind. (pkr)