化学结构图形在电脑中的制作方法

张雪岭(商丘技师学院，河南 商丘 476000)

0 引言

化学中，物质的结构决定着物质的性质，化学结构图形主要有：原子轨道、分子立体结构、晶体结构、金属非金属单质结构等，在制作化学课件以及电子模型时，经常要用到各种结构图形，随着计算机技术的发展，电脑绘图已经应用到化学教学与研究中。电脑绘图具有灵活性、精准性、自动性等特点，专业的图形处理软件除了可以方便地进行对各类对象(图形构成要素)复制和再编辑以外，还可以依据参考线、坐标线、网格线来精准实现对对象的定位、缩放、旋转、上色等操作，再加上各种滤镜工具的使用，从而使化学结构图更加准确、更加直观、更加科学，也更加丰富多彩。Photoshop是一款性能强大的图形图像处理软件,其所包含的选区、图层、通道、路径、滤镜等工具，使其在绘制图形图像时更为方便。本文利用Photoshop绘制了有关化学结构图，能适用于有关课件的需要。

1 有机物分子结构模型的制作

1.1 凯库勒模型制作

凯库勒模型也称为球棒模型，用不同颜色的小球代表各种原子，用短棒表示化学键，此处用黑球代表碳原子，浅色球代表氢原子。下面以甲烷分子为例，说明其制作过程，其他分子凯库勒模型的制作方法类似。

(1)建立背景为透明的文件。

(2)碳原子制作：使用＜Chrl＞+＜Alt＞+＜Shift＞+N 命令建立一个图层，命名为“碳原子”。利用椭圆选框工具，按＜Shift＞键绘制一半径40 px的正圆；利用渐变工具，选择径向渐变，设置渐变颜色从白到黑，从选区中心向外拖动，绘制出一个碳原子，取消选区。

(3)氢原子制作：建立图层，命名为“氢原子”，利用椭圆选框工具，绘制一个半径20 px的正圆，使用“渐变工具—径向渐变”，颜色从白到灰，从中心向外拖动，取消选区；利用画笔工具，大小3 px沿氢原子边绘制一深灰色小棒，与氢原子合并。

(4)复制三个氢原子小棒图层，使用移到工具将它们移到到碳原子周围。调整图层先后顺序，使用自由变换命令，调整各氢原子的分布，使小棒指向碳原子中心，甲烷正常键角为109°28′，但由于透视原因，前面三个小棒夹角约为120°，有两个氢原子图层在碳原子上方。

1.2 斯陶特(Stuart)模型制作

斯陶特模型也称比例模型，按照各原子的大小和键长比例制作。下面以乙烯分子为例说明制作过程。乙烯分子是平面型，两个碳原子和四个氢原子在同一个平面上，键角分别为121.6°和116.7°，碳碳键长134 pm，碳氢键长110 pm，根据此数据，制作乙烯比例模型。

(1)建立一个背景透明，大小为200*200 px文件。

(2)碳原子绘制：建立图层，命名为碳原子，使用椭圆选框工具，按＜Shift＞键绘制半径60 px的正圆；选择“渐变工具—径向渐变”，设置渐变颜色从白到黑，从选区左上角向右下拖动，绘制出第一个碳原子。用矩形选框工具按＜Delete＞键删除碳原子右侧约1/4；使用＜Chrl＞+J命令，复制生成第二个碳原子，使用＜Chrl＞+T命令选“水平翻转”，将其向右移动使两个碳原子相切,合并这两个碳原子图层。

(3)氢原子制作：建立图层，命名为氢原子。使用椭圆选框工具，按＜Shift＞键绘制一半径40 px的正圆，按照制作碳原子的渐变方法，向左上向右下拉一径向渐变。然后使用矩形选框工具框选氢原子1/3处，使用＜Delete＞键删除；按下＜Alt＞，拖动鼠标移动并复制生成三个氢原子，使用＜Chrl＞+T变换命令，分别旋转一定角度，然后将它们分别移动到碳原子的四角。

2 原子轨道的制作

2.1 S轨道制作

1S轨道是一个以原子核为中心的球体。其制作过程：

(1)使用＜Chrl＞+＜Shift＞+N 命令新建图层，按下＜Shift＞ 选择椭圆选框工具绘一正圆，羽化值为2。

(2)利用渐变工具，选择径向渐变，设置渐变颜色从白到深灰，从选区中心向外拖动，绘制出球形。

(3)使用“滤镜”菜单，选择“杂色-添加杂色-高斯分布”勾选“单色”，数量20。

(4)如果绘制2S轨道，则在1S轨道中间使用椭圆工具先给一个圆形路径，再设置画笔间距110%，然后对椭圆路径进行画笔描边，绘制一个虚线的圆，作为球节面。

2.2 P轨道制作

2P轨道呈哑铃形，有三个彼此相互垂直PX、PY、PZ轨道，其制作过程：

(1)建立图层，先绘制一个1S轨道，其操作见上。

(2)使用＜ctrl＞+T收缩球体大小使之适合图片，复制该图层，选中图层副本，使用＜ctrl＞+m命令调整该图层曲线，使之变亮，这样两个小球一个较暗一个较亮。使用“移动”工具，使两个球水平相切，形成哑铃形，＜ctrl＞+E合并这两个图层形成P轨道形状。

(3)复制两次P轨道，此时共有三个P轨道，使用移动工具分别左右移动到合适位置，使用＜ctrl＞+T将其中两个分别旋转-90°、-45°。

(4)使用“直线”工具，勾选“箭头—终点”绘制X、Y、Z 坐标轴，将坐标系复制二个，分别移到到对应的P轨道处，调整图层顺序，使P轨道图层位于对应坐标轴图层之上。

2.3 苯环п电子轨道图

(1)先绘制P轨道：建立一个图层，使用圆角矩形工具，设置半径40 px，绘制一细长圆角矩形路径，将路径载入选区，使用“渐变工具”选线性渐变，颜色设置“黑-白-黑”， 按下＜Shift＞健拉线性渐变，取消选区；然后使用椭圆选框工具在此图形中部绘制一椭圆选区，使用“滤镜”-“扭曲”-“挤压”命令，数量：100%，单击“确定”，接着＜ctrl＞+F重复此滤镜三次，制作出哑铃型效果。使用“滤镜”菜单-“杂色”-“添加杂色”，数量10。使用＜ctrl＞+J命令复制五个P轨道。

(2)建立图层，选择“多边形工具”-“六边形”，绘制一个六边形路径，设置画笔大小：4 px，对路径进行“描边”-“画笔”，绘制出六边形。

(3)使用移动工具，把上述六个P轨道分别移动到六边形的节点上。

3 晶体结构制作

离子晶体中阳、阴离子在空间排列遵循一定规律，下面以CsCl型结构为例，介绍晶体结构的制作。

CsCl晶体的晶胞是正立方体，其中每个铯离子周围有8个氯离子，每个氯离子周围也同样有8个铯离子。

(1)制作正方体：建立图层，使用“多边形”工具-“四边形”绘制出正方形路径，画笔设置：大小4，间距180，使用此画笔对正方形路径描边，制作出虚线正方形，复制五个，移动到合适位置后，使用变换命令，分别对各个正方形进行“缩放，斜切”操作，调整位置使之排成正方体结构。

(2)制作氯离子：建立图层，利用制作S轨道的方法，制作出氯离子球体，其中渐变可以采用“白到蓝(蓝参考颜色值10，10，200)”渐变。复制七个氯离子蓝球，分别移动到正四面体的8个角处，＜ctrl＞+G命令组合为氯离子组。

(3)制作铯离子：建立图层，利用制作S轨道的方法，制作出铯离子球体，其中渐变颜色可以采用“白到红(红参考颜色值240，10，10)”，铯离子半径小于氯离子。将铯离子放置在晶胞中央。

(4)直线绘制。将画笔大小调整4，其他为默认设置，前景色为黑，按下＜shift＞键画出1条直线，复制7条，调整这些直线的长短、角度和位置，使之将氯离子与铯离子连接起来。＜ctrl＞+G命令合成直线组。氯化绝晶胞结构与图层示意图如图1所示。

图1 氯化绝晶胞结构与图层示意图

4 金属晶体结构图制作

金属晶体是等径圆球紧密堆积，有三种基本构型：面心立方紧密堆积、六方紧密堆积和体心立方紧密堆积，下面以73737结构的六方紧密堆积为例制作金属晶体。

(1)绘制金属原子：建立图层，利用制作S轨道的方法，制作出金属原子，其中渐变可以采用“白到红(红参考颜色值200，10，10)”渐变。复制六个原子，移动球体，调整图层顺序，制作7个球体的原子图层，使用＜ctrl＞+G命令组合，命名为“七原子组”。

(2)制作3个球体的原子层。将上一步制作的金属原子小球复制三个，将此三球移动紧密排列成三角形，使用＜ctrl＞+G命令成组，命名为“三原子组”。

(3)复制“七原子组”两次。

(4)复制“三原子组”两次。

(5)调整图层组顺序，将按照73737顺序排列。

(6)使用＜ctrl＞+T命令，将每个图层组进行“透视”操作，遵循近大远小的原则，调整球体大小。

5 结语

总之，Photoshop是一款性能优越的图像处理软件，只要化学工作者多加探索，一定会给化学研究和教学带来很大的便利。