Python 中的 Chempy 簡介

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Python 擁有一個強大的庫生態系統，旨在滿足各種技術和科學領域的需要。Chempy 是一個旨在解決化工問題而建立的程式，也是其中一個庫。本頁面概述了 Chempy 的功能和用途，以及一些有用的示例。

Chempy：將化學帶入 Python

Chempy 是一個 Python 包，旨在為化學計算提供一個開源計算環境。它具有用於熱力學、平衡計算和化學動力學等功能。Chempy 可以成為模擬化學反應、確定物質性質或運行復雜模擬的有用工具。

Chempy 入門

為了使用 Chempy，您必須在您的機器上安裝它。如果您還沒有安裝，請使用 pip 安裝它：

pip install chempy

安裝完成後，可以使用以下方法將 Chempy 包含到您的 Python 指令碼中：

import chempy

深入實踐示例

讓我們使用一些現實世界的例子來更好地理解 Chempy 的潛力。

示例 1：計算物質性質

Chempy 可用於計算物質的特性。這是一個示例：

from chempy import Substance

water = Substance.from_formula('H2O')
print(f"Molar mass of water: {water.mass} g/mol")

在這個示例中，我們首先匯入 Chempy 的 Substance 類。然後，我們使用水的化學式 ('H2O') 來建立該類的例項。最後，我們列印水的摩爾質量，Chempy 會自動計算。

示例 2：平衡化學方程式

化學中的一個基本任務是平衡化學方程式，而 Chempy 在此方面表現出色：

from chempy import balance_stoichiometry

reac, prod = balance_stoichiometry({'Na', 'H2O'}, {'NaOH', 'H2'})
print("Reactants: ", reac)
print("Products: ", prod)

在這個示例中，我們正在平衡鈉 (Na) 與水 (H2O) 反應的化學方程式，該反應生成氫氧化鈉 (NaOH) 和氫氣 (H2)。balance_stoichiometry 函式透過提供反應物和產物集合來實現，它會生成兩個表示平衡方程式的字典。

示例 3：平衡計算

我們還可以使用 ChemPy 解決平衡問題。讓我們考慮一下哈伯-博施法，其中氮氣和氫氣結合生成氨氣。

from chempy import Equilibrium
from sympy import symbols

N2, H2, NH3 = symbols('N2 H2 NH3')

eq = Equilibrium({'N2': 1, 'H2': 3}, {'NH3': 2}, 64.4)
result = eq.root({'N2': 1, 'H2': 3, 'NH3': 2})
print(result)

在這個示例中，我們首先定義反應的組分。然後，使用 Equilibrium 類以及反應物和產物的字典以及平衡常數，我們建立反應的平衡條件。然後使用 root 方法來計算平衡濃度。

示例 4：化學動力學

Chempy 不僅限於靜態性質或平衡。它還可以處理隨時間變化的過程，包括化學反應。考慮一個簡單的級反應。

from chempy.kinetics.ode import get_odesys
from chempy import ReactionSystem

rsys = ReactionSystem.from_string("A -> B; 'k1'", substance_factory=str)
odesys, extra = get_odesys(rsys)

tout, c_out, info = odesys.integrate(10.0, {'A': 1.0, 'B': 0.0}, params={'k1': 0.3})

print("At t = 10.0 s, [A] = {:.2f} and [B] = {:.2f}".format(c_out[-1, 0], c_out[-1, 1]))

在這個示例中，我們首先為反應 A -> B 建立一個 ReactionSystem，其速率常數為 'k1'。然後，我們為此反應系統得到一個常微分方程 (ODE) 系統。最後，使用 [A]=1.0 和 [B]=0.0 的初始濃度以及 k1=0.3 的速率常數，我們將此 ODE 從 t=0 整合到 t=10 秒。列印的結果顯示了 t=10 秒時 A 和 B 的濃度。

結論

Chempy 是從事化學計算的工程師、化學家和學生等的重要工具。它能夠解決複雜的化學任務，例如模擬化學動力學、平衡化學方程式和解決平衡問題，使其成為一個強大且有用的庫。

本文旨在概述 Chempy 的世界。透過我們回顧的示例，我們只是觸及了這個出色的 Python 庫功能的皮毛。當與其他 Python 科學庫整合時，Chempy 可以發揮其全部潛力，併為化工計算提供一個完整的環境。