Graficar diagrames d’energia

Continguts

Diagrames energètics
Diagrames amb caixes d’electrons
Per aprofundir

Exiteix un llibreria per a poder fer gràfiques d’orbitals moleculars. Per importar-lo, caldrà primer instal·lar-lo.

!pip install git+https://github.com/giacomomarchioro/PyEnergyDiagrams

Diagrames energètics

Ara que ja està instal·lat, podrem començar a crear els primers diagrames energètics. Necessitarem les següents llibreries:

import matplotlib.pyplot as plt
%matplotlib inline
from energydiagram import ED

Ara ja sí, podem donar les intruccions per a que ens grafiqui el que nosaltres volem. Primer i abans de res, li donarem la comanda diagram = ED() per fer les coses més fàcils. Seguidament escriurem les següents comandes:

diagram.add_level(0,'Separated\nReactants')
diagram.add_level(-5.4,'mlC1')
diagram.add_level(-15.6,'mlC2','l',)
diagram.add_level(28.5,'mTS1',color='g')
diagram.add_level(-9.7,'mCARB1')
diagram.add_level(-19.8,'mCARB2','l')
diagram.add_level(20,'mCARBX','l')

diagram.plot(show_IDs=True)

Aquest tall de codi el que fa és generar-nos un diagrama d’energia molt senzill on només es mostres els nivells energètics que li hem especificat. La comanda diagram.add_level() és el que genera el nivell energètic. Dins les parèntesi és on especifiquem com volem que sigui auqest nivell segons diagram.add_level(energia, nom, 'last/l' si va al mateix lloc que l'anterior, color = 'green/blue/black/red...'). Per exemple, quan nosaltres especifiquem la comanda diagram.add_level(28.5,'mTS1',color='g') vol dir que afegim un nivell d’energia 28.5 amb l’etiqueta “mTS1” i de color verd (green) o si diem diagram.add_level(-15.6,'mlC2','l',) el nivell té una energia de -15.6 amb l’etiqueta “mlC2” i està a la mateixa posició que el nivell anterior (l). La comanda diagram.plot(show_IDs=True) serveix pergraficar allò que hem dit. El show_IDs=True és per veure quin número de nivell és cadascú, però si no ho volem veure, podem canviar el True per unFalse i ja està, o simplement es pot esborrar. Per les unitats, en el diagrama per defecte apareixerà kcal/mol^-1. En la següent explicació veurem com canviar això.

Aquest diagrama que acabem de dibuixar està bé, però li faltes les línies que junten els diferents nivells energètics.

Per fer-ho, podem afegir al codi anterior, les següents instruccions:

diagram.add_link(0,1)
diagram.add_link(0,2)
diagram.add_link(2,3)
diagram.add_link(1,3)
diagram.add_link(3,4)
diagram.add_link(3,5)
diagram.add_link(0,6, color = 'red')

diagram.plot()

La comanda diagram.add_link() afegeix aquestes línies i entre parèntesi és on especifiquem quins nivells energètics unim. Evidentment, també podem afegir colors dient color = 'red/green/black...' igual que abans amb els nivells energètics.

Abans s’ha dit que podem canviar les unitat d’energia. Doncs bé, això es pot fer modificant el diagram.plot() per

diagram.plot(ylabel="Energy  ($kJ/mol$)")

Els canvis que fem, queden superposats a tot el que hem fet abans, per tant si tornem a dibuixar el grafic, es veuran els canvis.

Diagrames amb caixes d’electrons

Una altra manera de graficar aquests diagrames d’energia és utilitzant caixes d’electrons. Es poden crear diagrames d’orbitals moleculars (MO) i orbitals atòmics (AO).

diagram = ED()
# Generem els diferents nivells de energia
diagram.add_level(0,'2pxy',top_text='')
diagram.add_level(10,'$\sigma*$',top_text='')
diagram.add_level(5,'$\pi*$','last',top_text='')
diagram.add_level(-5,'$\pi$','last',color='g',top_text='')
diagram.add_level(-10,'$\sigma$',top_text='',position='l')
diagram.add_level(0,'2pxy',top_text='')

# Dibueixem les línies que uneixes el AOs amb el MOs
for i in range(1,5):
    diagram.add_link(0,i,color='g')
    diagram.add_link(i,5,color='b')

# Generem les caixes amb els electrons
diagram.add_electronbox(level_id=0, boxes=1, electrons=2, side=1.5, spacing_f=2.5)
diagram.add_electronbox(1,2,0,1.5,3)
diagram.add_electronbox(2,5,10,1.5,3)
diagram.add_electronbox(3,3,4,1.5,3)
diagram.add_electronbox(4,3,2,1.5,3)
diagram.add_electronbox(5,3,5,1.5,3)
diagram.offset *= 1.5
diagram.plot(show_IDs=True)
plt.show()

Els canvis que podem modificar en aquest tipus de diagrames són els mateixos que en el gràfic energètic anterior.

També, quan constuim aquest tipus de diagrames, els electrons ja es situen de manera automàtica segons el principi de construcció d’Aufbau.

Per aprofundir

Aquest és un paquet que se li pot treure molt bon profit. No només us podeu quedar aquí, sinó que també podeu afegir fletxes de diferència d’energia, canviar l’estil del nivells energètic, afegir un eix de coordenada de reacció i moltes coses més que aquí no comentem. Si esteu interessats en apendre una mica més sobre aquesta llibreria, podeu consultar el repositori dels seus creadors: Giacomo Marchioro, Samuel Young, Alon Budker i Raz-Hemo.