LaTeX 中的分子轨道图？

Question 1

我开始根据您的第一个示例图做一个示例，但希望您可以采纳这些想法。

在构建 TikZ 图形时，我经常会发现矩阵和连锁店非常有帮助。而且每次都会思考图片的一小部分。

因此，在等待我们的 TikZ 大神 Jake 展示一些更优雅的东西的同时，我想展示一下我对第一个示例图片（Plain-TeX）的看法：

\input tikz
\let\up\uparrow \let\down\downarrow % just to shorten a little
\usetikzlibrary{chains,matrix}
\tikzpicture[
  a/.style={on chain,join,draw,rounded corners,minimum size=1.5em,inner sep=1pt},
  r/.style={a,text=red},
  every scope/.style={start chain,node distance=1mm}
  ]
  \matrix[matrix of nodes,column sep=1.5em,row sep=1.5ex] (mx) {
    &\scope[xshift=1em]\coordinate[a](A);
      \node[a,label=below:$\sigma_\rho^*$]{};
      \coordinate[a](C);\endscope\\
    &\scope\coordinate[a](D);
      \node[r,label=below:$\pi_x^*$]{$\up$};
      \node[r,label=below:$\pi_y^*$]{$\up$};
      \coordinate[a](G);\endscope\\
    \scope\node[a]{$\up$}; \node[a]{$\up$}; \node[a]{$\up\,\down$};
      \coordinate[a](H);\endscope&&
      \scope\coordinate[a](I);
        \node[a]{$\up\,\down$}; \node[a]{$\down$}; \node[a]{$\down$};\endscope\\
    &\scope\coordinate[a](J);
      \node[a,label=below:$\pi_x$]{$\up\,\down$};
      \node[a,label=below:$\pi_y$]{$\up\,\down$};
      \coordinate[a](K);\endscope\\
    &\scope[xshift=1em]\coordinate[a](L);
      \node[a,label=below:$\sigma_\rho$]{$\up\,\down$};
      \coordinate[a](N);\endscope\\
  };

  \draw (H)--(A) (H)--(D) (H)--(J) (H)--(L)
        (I)--(C) (I)--(G) (I)--(K) (I)--(N);

\endtikzpicture
\bye

在此处输入图片描述

我思考您可以将链的绘制分离到矩阵外部，并能够分支事物。

Answer

我开始根据您的第一个示例图做一个示例，但希望您可以采纳这些想法。

在构建 TikZ 图形时，我经常会发现矩阵和连锁店非常有帮助。而且每次都会思考图片的一小部分。

因此，在等待我们的 TikZ 大神 Jake 展示一些更优雅的东西的同时，我想展示一下我对第一个示例图片（Plain-TeX）的看法：

\input tikz
\let\up\uparrow \let\down\downarrow % just to shorten a little
\usetikzlibrary{chains,matrix}
\tikzpicture[
  a/.style={on chain,join,draw,rounded corners,minimum size=1.5em,inner sep=1pt},
  r/.style={a,text=red},
  every scope/.style={start chain,node distance=1mm}
  ]
  \matrix[matrix of nodes,column sep=1.5em,row sep=1.5ex] (mx) {
    &\scope[xshift=1em]\coordinate[a](A);
      \node[a,label=below:$\sigma_\rho^*$]{};
      \coordinate[a](C);\endscope\\
    &\scope\coordinate[a](D);
      \node[r,label=below:$\pi_x^*$]{$\up$};
      \node[r,label=below:$\pi_y^*$]{$\up$};
      \coordinate[a](G);\endscope\\
    \scope\node[a]{$\up$}; \node[a]{$\up$}; \node[a]{$\up\,\down$};
      \coordinate[a](H);\endscope&&
      \scope\coordinate[a](I);
        \node[a]{$\up\,\down$}; \node[a]{$\down$}; \node[a]{$\down$};\endscope\\
    &\scope\coordinate[a](J);
      \node[a,label=below:$\pi_x$]{$\up\,\down$};
      \node[a,label=below:$\pi_y$]{$\up\,\down$};
      \coordinate[a](K);\endscope\\
    &\scope[xshift=1em]\coordinate[a](L);
      \node[a,label=below:$\sigma_\rho$]{$\up\,\down$};
      \coordinate[a](N);\endscope\\
  };

  \draw (H)--(A) (H)--(D) (H)--(J) (H)--(L)
        (I)--(C) (I)--(G) (I)--(K) (I)--(N);

\endtikzpicture
\bye

在此处输入图片描述

我思考您可以将链的绘制分离到矩阵外部，并能够分支事物。

Question 2

我想知道是否有人见过用于在 LaTeX 中绘制（定性）分子轨道分裂图的软件包？

自 2011 年 9 月底起，模式图它为分子轨道图提供了简单的语法。

两个例子：

\documentclass{article}
\usepackage{modiagram,chemfig}
\usepackage[version=3]{mhchem}
\begin{document}

\begin{MOdiagram}[labels,names,style=square]
 \atom[N]{left}{
   2p = {0;up,up,up}
 }
 \atom[O]{right}{
   2p = {2;pair,up,up}
 }
 \molecule[NO]{
   2pMO  = {1.8,.4;pair,pair,pair,up} ,
   color = {2piy* = red}
 }
\end{MOdiagram}

\begin{MOdiagram}[names]
 \atom[\lewis{0.,F}\hspace*{5mm}\lewis{4.,F}]{left}{
   1s = .2;up,
   up-el-pos = {1sleft=.5}
 }
 \atom[Xe]{right}{
   1s = 1.25;pair
 }
 \molecule[\ce{XeF2}]{
   1sMO = {1/.25;pair}
 }
 \AO(1cm){s}{0;up}
 \AO(3cm){s}{0;pair}
 \connect{ AO1 & AO2 }
 \node[right,xshift=4mm] at (1sigma) {\footnotesize bonding};
 \node[above] at (AO2.90) {\footnotesize non-bonding};
 \node[above] at (1sigma*.90) {\footnotesize anti-bonding};
\end{MOdiagram}

\end{document}

Answer

我想知道是否有人见过用于在 LaTeX 中绘制（定性）分子轨道分裂图的软件包？

自 2011 年 9 月底起，模式图它为分子轨道图提供了简单的语法。

两个例子：

\documentclass{article}
\usepackage{modiagram,chemfig}
\usepackage[version=3]{mhchem}
\begin{document}

\begin{MOdiagram}[labels,names,style=square]
 \atom[N]{left}{
   2p = {0;up,up,up}
 }
 \atom[O]{right}{
   2p = {2;pair,up,up}
 }
 \molecule[NO]{
   2pMO  = {1.8,.4;pair,pair,pair,up} ,
   color = {2piy* = red}
 }
\end{MOdiagram}

\begin{MOdiagram}[names]
 \atom[\lewis{0.,F}\hspace*{5mm}\lewis{4.,F}]{left}{
   1s = .2;up,
   up-el-pos = {1sleft=.5}
 }
 \atom[Xe]{right}{
   1s = 1.25;pair
 }
 \molecule[\ce{XeF2}]{
   1sMO = {1/.25;pair}
 }
 \AO(1cm){s}{0;up}
 \AO(3cm){s}{0;pair}
 \connect{ AO1 & AO2 }
 \node[right,xshift=4mm] at (1sigma) {\footnotesize bonding};
 \node[above] at (AO2.90) {\footnotesize non-bonding};
 \node[above] at (1sigma*.90) {\footnotesize anti-bonding};
\end{MOdiagram}

\end{document}

Question 3

morbusg 的方法太棒了，对于大多数可以用这种漂亮的矩形合理绘制的分子轨道来说，这应该是人们所希望的。

然而，在某些情况下，可能需要对原子/分子轨道的垂直位置进行更精细的控制（例如，在一氧化氮中，氧的 2p 轨道比氮的 2p 轨道具有更高的能级，根据化学教科书）。将所有轨道放在一个矩阵中会使调整垂直位置变得有点困难。

基于 morbusg 的方法，这里使用每个能级的单独矩阵。矩阵不用于实际放置轨道，而是为了访问允许\execute at begin cell={<some code>}我们将轨道封闭在scopes 中的良好功能，从而启动chains。水平间距是使用这些链完成的，垂直定位是使用yshifts 完成的。

\documentclass{minimal}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{chains,matrix}

\newcommand{\moup}{$\uparrow$}
\newcommand{\modown}{$\downarrow$}
\newcommand{\moupdown}{$\uparrow\,\downarrow$}
\begin{document}

\begin{tikzpicture}[
  a/.style={on chain,join,draw,rounded corners,minimum size=1.5em,inner sep=1pt},
  r/.style={a,text=red},
  % Style for molecular orbital matrices
  mo/.style={inner sep=-\pgflinewidth,label distance=0.3em,label position=below},
  % Adjustments for left atom
  left atom/.style={execute at begin cell={\begin{scope}},
    execute at end cell={\coordinate[a];\end{scope}},mo,xshift=-1.5cm,matrix anchor=base east},
  % Adjustments for right atom
  right atom/.style={execute at begin cell={\begin{scope}\coordinate[a];},
    execute at end cell={\end{scope}},mo,xshift=1.5cm,matrix anchor=base west},
  % Adjustments for molecular orbitals
  molecule/.style={execute at begin cell={\begin{scope}\coordinate[a,inner sep=2cm];},
    execute at end cell={\coordinate[a];\end{scope}},mo,anchor=base},
  % Morbusg's scope-chain magic
  every scope/.style={start chain,node distance=1mm},
  ]

\matrix[molecule,yshift=2cm] (as) { % Antibonding Sigma
    \node[a,label=$\sigma_\rho^*$]{}; \\};

\matrix[molecule,yshift=0.8cm] (ap) {  % Antibonding Pi
    \node[a,label=$\pi_x^*$]{\moup};
    \node[a,label=$\pi_y^*$]{}; \\};

\matrix[molecule,yshift=-0.8cm] (bp) { % Bonding Pi
      \node[a,label=$\pi_x$]{\moupdown};
      \node[a,label=$\pi_y$]{\moupdown}; \\};

\matrix[molecule,yshift=-2cm] (bs) { % Bonding Sigma
    \node[a,label=$\sigma_\rho$]{\moupdown}; \\};

\matrix [left atom,yshift=-0.4cm] (la){ % Left Atom
    \node[a]{\moup}; \node[a]{\moup}; \node[a]{\moup};\\};

\matrix [right atom,yshift=0.5cm] (ra) { % Right Atom
   \node[a]{\moupdown}; \node[a]{\modown}; \node[a]{\modown}; \\};

\draw [densely dashed] (la.base east) -- (bs.base west)
  (bs.base east) -- (ra.base west) -- (as.base east)
  (as.base west) -- (la.base east) -- (bp.base west)
  (bp.base east) -- (ra.base west) -- (ap.base east)
  (ap.base west) -- (la.base east);
\end{tikzpicture}

\end{document}

一氧化氮分子轨道图

Answer

morbusg 的方法太棒了，对于大多数可以用这种漂亮的矩形合理绘制的分子轨道来说，这应该是人们所希望的。

然而，在某些情况下，可能需要对原子/分子轨道的垂直位置进行更精细的控制（例如，在一氧化氮中，氧的 2p 轨道比氮的 2p 轨道具有更高的能级，根据化学教科书）。将所有轨道放在一个矩阵中会使调整垂直位置变得有点困难。

基于 morbusg 的方法，这里使用每个能级的单独矩阵。矩阵不用于实际放置轨道，而是为了访问允许\execute at begin cell={<some code>}我们将轨道封闭在scopes 中的良好功能，从而启动chains。水平间距是使用这些链完成的，垂直定位是使用yshifts 完成的。

\documentclass{minimal}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{chains,matrix}

\newcommand{\moup}{$\uparrow$}
\newcommand{\modown}{$\downarrow$}
\newcommand{\moupdown}{$\uparrow\,\downarrow$}
\begin{document}

\begin{tikzpicture}[
  a/.style={on chain,join,draw,rounded corners,minimum size=1.5em,inner sep=1pt},
  r/.style={a,text=red},
  % Style for molecular orbital matrices
  mo/.style={inner sep=-\pgflinewidth,label distance=0.3em,label position=below},
  % Adjustments for left atom
  left atom/.style={execute at begin cell={\begin{scope}},
    execute at end cell={\coordinate[a];\end{scope}},mo,xshift=-1.5cm,matrix anchor=base east},
  % Adjustments for right atom
  right atom/.style={execute at begin cell={\begin{scope}\coordinate[a];},
    execute at end cell={\end{scope}},mo,xshift=1.5cm,matrix anchor=base west},
  % Adjustments for molecular orbitals
  molecule/.style={execute at begin cell={\begin{scope}\coordinate[a,inner sep=2cm];},
    execute at end cell={\coordinate[a];\end{scope}},mo,anchor=base},
  % Morbusg's scope-chain magic
  every scope/.style={start chain,node distance=1mm},
  ]

\matrix[molecule,yshift=2cm] (as) { % Antibonding Sigma
    \node[a,label=$\sigma_\rho^*$]{}; \\};

\matrix[molecule,yshift=0.8cm] (ap) {  % Antibonding Pi
    \node[a,label=$\pi_x^*$]{\moup};
    \node[a,label=$\pi_y^*$]{}; \\};

\matrix[molecule,yshift=-0.8cm] (bp) { % Bonding Pi
      \node[a,label=$\pi_x$]{\moupdown};
      \node[a,label=$\pi_y$]{\moupdown}; \\};

\matrix[molecule,yshift=-2cm] (bs) { % Bonding Sigma
    \node[a,label=$\sigma_\rho$]{\moupdown}; \\};

\matrix [left atom,yshift=-0.4cm] (la){ % Left Atom
    \node[a]{\moup}; \node[a]{\moup}; \node[a]{\moup};\\};

\matrix [right atom,yshift=0.5cm] (ra) { % Right Atom
   \node[a]{\moupdown}; \node[a]{\modown}; \node[a]{\modown}; \\};

\draw [densely dashed] (la.base east) -- (bs.base west)
  (bs.base east) -- (ra.base west) -- (as.base east)
  (as.base west) -- (la.base east) -- (bp.base west)
  (bp.base east) -- (ra.base west) -- (ap.base east)
  (ap.base west) -- (la.base east);
\end{tikzpicture}

\end{document}

一氧化氮分子轨道图

LaTeX 中的分子轨道图？

例子

在 TikZ 中尝试一下

规格

来源

答案1

答案2

答案3

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