APLICACIÓN WEB PARA EL CÁLCULO DE PROPIEDADES TERMOQUÍMICAS

APLICACIÓN WEB PARA EL CÁLCULO DE PROPIEDADES TERMOQUÍMICAS

José Luis Farfán, Cátedra de Química Computacional - Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Jujuy, joseluis.pic1981@gmail.com

Carlos Mauricio Bustamante, I Cátedra de Química Computacional - Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Jujuy, carlosmbqca@gmail.com

Adriana Cecilia Olleta, Cátedra de Química Computacional - Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Jujuy, aolleta@fi.unju.edu.ar

Resumen— El presente trabajo muestra la construcción de un material didáctico orientado a la enseñanza y aprendizaje como así también a la investigación de la Termodinámica Estadística. De esta manera, el objetivo es facilitar a un potencial usuario una aplicación que integre y permita el cálculo de las diferentes funciones de partición y propiedades termodinámicas derivadas de ella. Además, mediante la misma, es posible el cómputo de parámetros cinéticos de reacciones en fase gaseosa. Los usuarios tendrán acceso a las distintas funcionalidades y recursos en función de la información que proporcionen a la aplicación. La interfaz de usuario con la que se proveerá la aplicación es del tipo Web, siendo así accesible e intuitiva de cara a los posibles usuarios, ya que se destaca por su claridad y fácil utilización. Como es lógico, la aplicación dispone de una base de datos en la que se gestionan y manejan todos los datos correspondientes a los diversos cálculos que se deseen realizar. Así pues, amén de tener que comunicarse la interfaz con la base de datos para la autenticación de usuarios, es posible la realización de consultas y modificaciones.

Palabras clave— Aplicación Web, Propiedades Termoquímicas, Material Didáctico.

1. Introducción

Actualmente, la química teórica es utilizada para estimar diversas propiedades termodinámicas, tales como entalpía, entropía, capacidad calorífica y energía libre de especies moleculares, partiendo del cálculo de las funciones de partición. De forma análoga, la predicción de las constantes de velocidad con la que ocurre una reacción química requiere de cálculos electrónicos de mecánica cuántica a fin de obtener los parámetros cinéticos.

Para determinar, las propiedades termodinámicas y cinéticas a partir de los resultados obtenidos de los cálculos mecano cuánticos, se utiliza la mecánica estadística. La termodinámica estadística nos permite relacionar las propiedades microscópicas de los átomos y moléculas individuales con las propiedades macroscópicas de los sistemas materiales.

Sin embargo, no siempre es fácil encontrar una aplicación general totalmente adaptada a nuestras necesidades. De esta manera, la aplicación web que se presenta en este trabajo está destinada a calcular propiedades termodinámicas y cinéticas de reacciones de interés atmosférico, a partir de los resultados de cálculos ab initio. Se pretende que sea una herramienta de trabajo tanto para el público en general como para mejorar sustancialmente la investigación y la educación a través de los recursos que ésta nos facilita.

Se ha desarrollado con el objetivo de facilitar el tratamiento de los resultados cuánticos en estimar las propiedades moleculares de una reacción que ocurre en fase gaseosa. No está diseñada de manera tan acabada como algunos programas encontrados en la literatura [1-4] que incluyen numerosas características y muchas opciones informáticas para el cálculo de las  constantes de velocidad de reacciones químicas.

Es adecuada su utilización como una introducción a la enseñanza de la mecánica estadística, la termodinámica y  la cinética química. En tal sentido es útil tanto en la  enseñanza como en la investigación.

El código fuente ha sido estructurado de forma tal que permite ser fácilmente extendido utilizando la programación Python [5] orientada a objetos.

1. Recursos Tecnológicos

1.  Características Generales de la Aplicación Web

Se ha hablado anteriormente que este trabajo gira en torno a una aplicación Web, pero… ¿Qué es eso exactamente? Lo explicaremos brevemente: Son aquellas aplicaciones que los usuarios pueden utilizar accediendo a un servidor Web a través de Internet o de una intranet mediante un navegador.

De forma sucinta la arquitectura de una aplicación Web, es la siguiente: normalmente se encuentra estructurada como una aplicación de tres-capas. En su forma más común, el navegador Web ofrece la primera capa, un motor capaz de usar alguna tecnología Web dinámica (ejemplo: Pyhton, PHP o Ruby on Rails, entre otros) constituye la capa del medio y por último, una base de datos constituye la tercera y última capa.

El navegador Web manda peticiones a la capa del medio que ofrece servicios valiéndose de consultas y actualizaciones a la base de datos y a su vez proporciona una interfaz para el usuario.

A partir de los siguientes puntos de este trabajo se desarrollará mucho más en profundidad todos estos conceptos así como la forma que estos fueron integrados en la aplicación.

1.   Bases del proyecto

En este apartado comentaremos de forma clara y concisa todas las herramientas y tecnologías que hemos usado para llevar a cabo la aplicación.

Tecnologías empleadas

Apache

El servidor HTTP Apache [6] es un servidor web HTTP de código abierto multiplataforma (Unix, Microsoft Windows, Macintosh) que implementa el protocolo HTTP/1.1 y la noción de sitio virtual.

El servidor Apache es desarrollado y mantenido por una comunidad de usuarios bajo la supervisión de la Apache Software Foundation dentro del proyecto HTTP Server.

Apache presenta entre otras características altamente configurables, bases de datos de autenticación y negociado de contenido, pero fue criticado por la falta de una interfaz gráfica que ayude en su configuración.

Apache tiene amplia aceptación en la red: desde 1996, Apache, es el servidor HTTP más usado. En 2009 se convirtió en el primer servidor web que alojó más de 100 millones de sitios web.

Django

Django [7] es un lenguaje de dominio específico (DSL) de Python. Un DSL es un lenguaje de programación dedicado a un problema de dominio en particular, o una técnica de representación o resolución de problemas específicos. En este caso, Django es un framework web de código abierto escrito en Python que permite construir aplicaciones web más rápido y con menos código. El objetivo esencial de este marco de desarrollo es la creación de aplicaciones web sin complicaciones. Pretende ser sencillo, rápido, como ellos mismos afirman, “puedes concentrarte en escribir tu aplicación sin la necesidad de tener que reinventar la rueda”. En resumen Django permite: programación rápida de páginas y aplicaciones web. Esto último se debe a Python, un lenguaje sencillo, directo, de máxima eficiencia gracias a que la cantidad de código necesario para programar cualquier proyecto digital es realmente baja.

Basado en la filosofía DRY (Don’t Repeat Yourself: No te repitas). Muchas aplicaciones web y proyectos digitales comparten numerosas líneas de código unos con otros. Django es el marco de desarrollo de refactorización de código casi por excelencia. Permite reutilizar programación de unas aplicaciones a otras sin la obligación de tener que repetir las mismas líneas de código entre distintos proyectos.

Django es un framework web de alto nivel basado en el paradigma Modelo-Vista-Controlador. No podría ser de otra forma en un marco de desarrollo que apuesta por la sencillez, la rapidez y la reutilización de código. Por tanto, por un lado están los datos (el modelo), por otro la interfaz de usuario (la vista) y la lógica de negocio (el controlador).

 Base de datos embebida. Django utiliza por defecto SQLite, una base de datos usada por compañías tan importantes como Facebook o Bloomberg.

Sistema ORM de conexión a bases de datos (BD). ORM es el sistema por el que este marco de desarrollo se conecta y almacena sus datos en la BD. Dentro de este proceso son esenciales los Querysets, listados de datos del modelo que pueden ser leídos, ordenados y filtrados.

JavaScript

JavaScript [8] es un lenguaje interpretado, basado en objetos no tipado y liviano, utilizado para acceder a objetos en aplicaciones. Principalmente, se utiliza integrado en un navegador Web permitiendo el desarrollo de interfaces de usuario mejoradas y páginas Web dinámicas.

Todos los navegadores modernos interpretan el código JavaScript integrado dentro de las páginas Web. Para interactuar con una página Web se provee al lenguaje JavaScript de una implementación del DOM (Document Object Model: modelo en objeto para la representación de documentos). Sus características más importantes son: 1.- JavaScript es un lenguaje interpretado, es decir, no requiere compilación. El navegador del usuario se encarga de interpretar las sentencias de JavaScript contenidas en una página HTML y ejecutarlas adecuadamente. 2.- JavaScript es un lenguaje orientado a eventos. Cuando un usuario oprime sobre un enlace o mueve el puntero sobre una imagen se produce un evento. Mediante JavaScript se pueden desarrollar scripts que ejecuten acciones en respuesta a estos eventos. 3.- JavaScript es un lenguaje orientado a objetos. El modelo de objetos de JavaScript está reducido y simplificado, pero incluye los elementos necesarios para que los scripts puedan acceder a la información de una página y puedan actuar sobre la interfaz del navegador.

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