HSC Chemistry for Windows; Anglická verze souboru programů pro řešení chemických reakcí s termodynamickou databází. Antti Roine a kolektiv, Outokumpu Research, 1993

S rozvojem osobních počítačů přibývá v poslední době programů pro řešení základních problémů různých vědních oborů. Jedním z nich je zde předkládaný soubor programů „HSC chemie pro Windows“. Záhadně působící název je odvozen ze skutečnosti, že všechny obsažené programy používají databázi, která obsahuje entalpii (H), entropii (S) a tepelnou kapacitu (C). Soubor obsahuje literární data pro 5 600 sloučenin, dalších 1 000 údajů může dodat uživatel. Záměrem autorů byla konstrukce programu, který by umožnil různé termodynamické výpočty na osobních počítačích s cílem předpovědět, zda ta která reakce je z termodynamického hlediska možná, či nikoli.

Soubor programů lze používat pod operačním systémem MS Windows na osobních počítačích s těmito minimálními požadavky: procesor 386SX, grafická karta EGA a myš. Pro účely recenze byl program provozován na osobních počítačích s procesorem 486/50 MHz či 386/40 MHz s matematickým koprocesorem. K programu je dodáván manuál s podrobným návodem k obsluze. Instalace souboru programů nečinila žádné obtíže a jak je obvyklé u aplikací psaných pro Windows, práce s ním byla uživatelsky příjemná. Nejdelší výpočty netrvaly ani na méně výkonném osobním počítači více než několik minut.

Předkládaná verze umožňuje efektivní vyhledání potřebných dat v databázi při rozlišení skupenství látek. Kromě vyhledávání dat lze provádět sedm okruhů výpočtů: určení složení sloučeniny dle zadaného vzorce, reakční rovnice, výpočty rovnovážného složení, tepelné a materiálové bilance, rovnováhy elektrochemických článků, fázové diagramy a Eh – pH diagramy ukazující oblasti stability systému v závislosti na potenciálu a pH. Program se obsluhuje pomocí nabídkového menu. Pro jednodušší orientaci je k jednotlivým úlohám připojena nápověda. V nápovědě lze nalézt vysvětlení zadání, názorné příklady i teoretické pozadí postupu výpočtu a získaných výsledků.

Sekce týkající se reakčních rovnic poskytne tepelné zabarvení a rovnovážnou konstantu zadané rovnice v požadovaném rozsahu teplot. Je-li zadán prvek či sloučenina, je získána teplotní závislost termodynamických veličin tohoto systému. Předpokladem je, že komponenty reakce jsou obsaženy v databázi, nelze je však z ní přímo vybírat. Výpočty rovnovážného složení umožňují modelování vlivu teploty a zastoupení jednotlivých složek na složení směsi. Tepelná bilance může být určena pro složení získané z rovnovážných výpočtů i z reálných experimentálních dat. Získané Eh – pH diagramy mohou být užitečné pro řešení problémů souvisejících s korozí. U většiny aplikací lze výsledky znázornit v přehledných diagramech.

Výpočty z okruhu reakčních rovnic vyžadují pouze základní znalosti termodynamiky, ocenění vzorců pak chemické minimum. Efektivní využití dalších programů souboru však již vyžaduje hlubší průnik do dané problematiky. Např. v okruhu výpočtů rovnovážného složení systémů s více složkami a elektrochemických článků je používán program, který minimalizuje Gibbsovu volnou energii. Aby nebyly učiněny chybné závěry, je při analýze výsledků potřebná jistá praxe a schopnost odhadu jejich reálnosti. Proto jsou pokročilejší simulace určeny především odborníkům pracujícím v dané oblasti. Práci i zde usnadní soubory, na nichž jsou uložena data s příklady použití.

Závěrem možno konstatovat, že nejcennější částí programu je databáze termodynamických veličin, ve které lze rychle vyhledávat potřebné údaje. Charakterem výzkumu Outokumpu Reseach je zřejmě dána orientace na anorganickou chemii a na vodné roztoky, méně pak na chemii organickou. Databázi je však možno doplňovat jak údaji literárními, tak získanými na základě teoretických výpočtů či experimentálních měření. Autoři v této souvislosti vyzývají ke spolupráci na rozšiřování databáze i při vývoji dalších aplikací. I když program neuvažuje při simulacích kinetiku chemických reakcí, ani neideální chování, může počítačové modelování vyloučit směry, které jsou z termodynamického hlediska málo pravděpodobné. Kompletní modelování průběhu chemických reakcí zřejmě bude ještě nějakou dobu omezeno na malé systémy za ideálních podmínek.

Vzhledem k příjemné práci pod Windows, názorné grafické prezentaci výsledků a v neposlední řadě i k instruktivní nápovědě by program mohl být vhodnou pomůckou při výuce chemické termodynamiky. Některé části by mohly být využity při výuce na středních školách chemického zaměření. Obávám se však, že tomuto využití bude bránit na naše poměry vysoká cena a do jisté míry i to, že manuál i nápověda jsou psány anglicky.