极客笔记Python ChemPy模块
在学习Python及其基础知识时，我们都可能听说过Python是最流行的编程语言之一，并且Python在市场上的需求日益增长。虽然很容易理解Python之所以如此受欢迎的原因，但我们大多数人读到的Python易学易懂，这一说法并非完全正确，因为还有其他主要原因导致了Python的流行度和需求增加。最重要的原因是Python拥有非常丰富的库。它有很多包，非常实用，可以应用于诸多领域，如机器学习（ML），机器人开发，人工智能（AI），数据科学，数据分析等等。此外，Python还为多个学科提供了多个解决方案包，如物理模块，ChemPy模块，统计模块等。Python提供的这些解决方案包中，ChemPy模块是一个非常重要的解决方案包，专门用于解决无机和物理化学问题。在本教程中，我们将学习Python的ChemPy模块，以及它的应用、实施和安装方法。
Python的ChemPy模块介绍
ChemPy模块是一个专门用于解决无机、物理和分析化学问题的Python包。ChemPy模块是一个开源免费的Python包，广泛应用于材料科学、化学工程、化学等领域。ChemPy模块的设计目的就是通过Python程序来解决化学及其相关领域的所有问题。
该包包含了许多类，用于表示不同类型的反应、反应系统和物质。ChemPy模块还包括一些常见于化学动力学中的微分方程的解析解，同时它还包含了物理化学和分析化学的所有成熟公式，可以帮助我们求解许多重要的数值。
Python中的ChemPy模块：应用
ChemPy模块在各个领域和化学相关领域，如材料科学等领域中有多种应用。ChemPy模块提供了广泛的类和函数，用于计算重要数值，例如离子强度、化学平衡等。该模块的类还可以表示反应、系统反应、物质等，并且我们可以通过Python程序进行操作。除了这些应用之外，chempy模块在化学及其相关领域的问题上还有其他多种应用，我们将在本节中讨论。
以下是通过在Python程序中使用ChemPy模块的一些常见应用：
- 我们可以使用Python程序中的chempy模块来平衡化学反应
- 我们可以使用chempy模块中的多个公式来计算多个化学和分析值，例如摩尔浓度、摩尔浸液浓度等等
- 我们可以使用该模块的函数来维持化学反应的化学平衡
- 我们可以使用chempy模块的类来识别物质并在程序中维持反应系统
- 我们还可以使用chempy模块的函数来通过应用公式来计算离子或分子的离子强度
- chempy模块还提供了用作解析公式的函数
- 我们可以使用chempy模块来打印周期表中的元素及其性质，如原子质量、电荷等等
- 我们还可以使用chempy模块的函数在Python程序中从给定的化学反应中计算化学动力学，如反应的级数
这些是Python ChemPy模块的一些常见应用，它还有许多其他应用。我们可以通过将该模块导入程序来实现chempy的所有应用。
Python中的ChemPy模块：安装
ChemPy不是Python的内置模块，因此在将其导入Python程序之前，我们必须先在系统中安装此模块。在开始使用之前，我们应确保chempy模块存在并成功安装在我们的系统中。如果chempy模块不存在于我们的系统中，我们可以使用多种方法和途径来安装chempy模块，但在本教程中，我们将通过pip安装程序安装chempy模块。我们将使用pip命令通过系统的命令提示符终端使用pip安装程序来安装chempy模块。以下是我们将使用的pip命令，通过pip安装程序安装chempy模块：
pip install chempy
一旦我们在终端中输入上述命令，我们必须按下回车键来执行pip安装程序命令，以开始安装过程。一旦安装过程开始，它将花费一些时间成功地在我们的系统中安装此模块，因此我们必须等待一段时间。
如我们所见，chempy模块已成功安装在我们的系统中，现在我们可以开始使用它来理解其实现和应用。
Python中的ChemPy模块：实现
现在，继续实施chempy模块，我们可以使用其应用和函数通过一个Python程序执行很多化学分析和解决化学问题。但在本教程中，我们只会使用chempy模块的以下两个应用程序，并了解这个模块的实现：
- 从周期表获取“N”个元素
- 获取给定化学物质的属性和化学式
我们将在上述每个应用程序中使用一个Python程序，并将所需结果打印到输出中，以理解chempy模块的实现。
应用1：从周期表获取“N”个元素
我们可以使用chempy模块的周期表函数在程序中获取所需数量的元素及其属性，例如原子质量、符号等，并在输出中打印。我们将通过以下示例程序理解此应用程序的实现和使用，其中我们将打印出带有其属性的“n”个元素。
示例1：
请看下面的程序，我们已在输出中打印出周期表中的元素：
# Importing the chempy module
from chempy.util import periodic as prd
# Number of elements from user
num = int(input("Enter number of elements which you want to fetch from periodic table: "))
print("Printing", num, "elements from the periodic table")
# Displaying the periodic element information
print("Atomic No.\tName\t\tSymbol\t\tMass")
# Using for loop to loop over periodic table
for a in range(1, num + 1):
# Printing the atomic number of elements
print(a, end = "\t\t")
# Displaying the names of elements
if len(prd.names[a]) > 7:
print(prd.names[a], end = "\t")
else:
print(prd.names[a], end = "\t\t")
# Printing the element symbol
print(prd.symbols[a], end = "\t\t")
# Displaying the atomic mass of element
print(prd.relative_atomic_masses[a])
print("Result for periodic elements is printed according to number you provided")
输出:
Enter number of elements which you want to fetch from periodic table: 24
Printing 24 elements from the periodic table
Atomic No. Name Symbol Mass
1 Helium He 4.002602
2 Lithium Li 6.94
3 Beryllium Be 9.0121831
4 Boron B 10.81
5 Carbon C 12.011
6 Nitrogen N 14.007
7 Oxygen O 15.999
8 Fluorine F 18.998403163
9 Neon Ne 20.1797
10 Sodium Na 22.98976928
11 Magnesium Mg 24.305
12 Aluminium Al 26.9815385
13 Silicon Si 28.085
14 Phosphorus P 30.973761998
15 Sulphur S 32.06
16 Chlorine Cl 35.45
17 Argon Ar 39.948
18 Potassium K 39.0983
19 Calcium Ca 40.078
20 Scandium Sc 44.955908
21 Titanium Ti 47.867
22 Vanadium V 50.9415
23 Chromium Cr 51.9961
24 Manganese Mn 54.938044
Result for periodic elements is printed according to the number you provided
如我们所见，输出中打印了所需数量的元素及其原子质量和符号的列表。
说明：
我们首先从chempy模块中导入periodic函数，并将其命名为’prd’。然后，我们初始化了变量’num’，并将用户输入的值赋给它，然后我们将打印出’num’个元素。接下来，我们使用for循环遍历periodic函数，以将所需数量的元素打印到输出中。我们使用names[a]函数打印元素名称，symbols[a]打印元素符号，relative_atomic_masses[a]打印它们的原子质量。我们使用for循环执行’num’次，然后将列表打印到输出中。
应用2：获取给定化学物质的性质和化学式
我们可以通过使用chempy模块的substance函数来打印物质的化学和常规性质，例如其化学式、HTML名称等。通过使用substance函数，我们还可以验证给定物质的化学式是否与现有化学式相匹配。我们将通过以下示例程序来了解这个应用的实现和用法：
示例2：
请看下面的Python程序，我们在铁氰化合物上使用了chempy的substance函数：
# Import the chempy module
from chempy import Substance as sst
# Defining chemical formula for Ferricyanide
elemtentFerriCyanide = sst.from_formula('Fe(CN)6-3')
# Checking if the chemical formula provided is right
if elemtentFerriCyanide.composition == {0: -3, 26: 1, 6: 6, 7: 6}:
print("Yes formula for Ferricyanide given in the program is right")
# Printing chemical formula for Ferricyanide
print("Chemical formula for Ferricyanide:", elemtentFerriCyanide.unicode_name)
# Printing chemical formula for Ferricyanide in latex form
print("Chemical formula for Ferricyanide in latex name form:", elemtentFerriCyanide.latex_name)
# Printing chemical formula for Ferricyanide in html form
print("Chemical formula for Ferricyanide in html name form:", elemtentFerriCyanide.html_name)
# Printing total mass of Ferricyanide
print("Atomic mass of Ferricyanide compound:", '%.3f' % elemtentFerriCyanide.mass)
输出：
Yes formula for Ferricyanide given in the program is right
Chemical formula for Ferricyanide: Fe(CN)₆³?
Chemical formula for Ferricyanide in latex name form: Fe(CN)_{6}^{3-}
Chemical formula for Ferricyanide in html name form: Fe(CN)<sub>6</sub><sup>3-</sup>
Atomic mass of Ferricyanide compound: 211.955
正如我们所看到的，我们使用chempy模块的substance函数在输出中打印了亚铁氰化物的多个属性。
说明：
我们在程序中从chempy模块导入substance作为sst。然后，我们通过从库中获取亚铁氰化物的化学式来初始化亚铁氰化物的变量。然后，我们使用if语句验证给定变量的化学式是否确实是亚铁氰化物的化学式。之后，我们根据chempy库打印出物质的Unicode、latex和html名称，最后，我们在输出中打印出物质的质量。