A Practical Introduction to the C Language for Computational Chemistry. Part 4

Controlling complexity is the essence of computer programming.

Brian W. Kernighan. in Software Tools (with PJ Plauger), 1976.

THE FUNCTIONS

A C program is a collection of functions. A C function is equivalent to the subroutiing in FORTRAN or BASIC and procedures in PASCAL, PERL or PYTHON programming languages. It is a portion of the program that cannot be executed indipendently but only as part of another program. The function contains a specific algorithm or a stand alone procedure. You have already used several library functions in your previous programs. Output command for priting or reading files (such as printf(), openf()), mathematical functions (sqrt(), cos() are library or intrinsic functions as well. Other libraries functions, we can classify them as follows

  • Input/output functions. Input/output on the computer devices (e.g. output to the terminal, printer, hard disk, input from keyboard). It is usually used with #include <stdio.h>;
  • String manipulation functions. This library contains common operation on strings (e.g. concatenation, length, search and extraction of substrings). It is usually used with #include <string.h>;
  • Mathematical functions. Mathematical calculations (e.g. trigonometrics functions, exponentiation, square root extraction). It is usually used with #include <math.h>;
  • Graphical functions. Function for graphics operations (open a graphical window and canvas) and drawing graphical primitives (e.g. points, line, curves).
  • Operative system control functions. Operation requiriing allocation of the computer resources or devices (e.g. date and time, allocation of memory). It is usually used with, for example, #include <time.h>;
  • Data conversion functions. Operation for data conversion (e.g. change characters type, ascii to integer). It is usually used with #include <ctype.h>;

To use these function, you need to use the precompiler instruction #include at the beginning of the program. The compiler use by deafult the standard library #include <stdlib.h>;

You can write your own functions and it is called user defined functions. The use of function allow to structure the program and make easier its organization and reading. C language is structured around the use of functions. The function main is a function itself and it contains calls to other functions. both intrinsic and user defined functions.

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Il Trigesimo Anniversario della mia Tesi di Laurea

Mais à l’instant même où la gorgée mêlée des miettes du gâteau toucha mon palais, je tressaillis, attentif à ce qui se passait d’extraordinaire en moi. Un plaisir délicieux m’avait envahi, isolé, sans la notion de sa cause.

PROUST Marcel, Du côté de chez Swann.

Ci sono ricordi del passato che rievocano nostalgicamente piacevoli momenti nella nostra vita. Questi preziosi tesori sono, a volte, sepolti nella nostra mente o, come nel mio caso, in quella di dimenticati cristalli di ferrite. Come per dolcetti di Proust, il ritrovamento di queste vestigie ci fa rivivere le emozioni di un passato lontano. I ricordi di cui parlo sono quelle della mia tesi di Laurea in Chimica che dopo essere stata scritta e discussa fu poi dimenticata nella memoria artificiale di obsoleti supporti magnetici degli albori della rivoluzione digitale.

Discussi la mia tesi di laurea il 23 dicembre dell’anno 1992, era l’ultima sessione di laurea di quell’anno. A quell’epoca, non esisteva ancora la laurea triennale che fu introdotta in conformità con il processo di Bologna dall’anno scolastico 2001/2002. Il corso di laurea in chimica era quinquennale e si entrava in tesi nell’ultimo anno. La tesi sperimentale comportava un lavoro originale che doveva essere discusso di fronte a una commissione di laurea composta dai professori del dipartimento, i relatori e i controrelatori (coloro che dovevano leggere la tesi e valutare il lavoro di ricerca e la sua presentazione). Pertanto, la tesi di Laurea (come del resto l’equivalente tesi magistrale) era un’esperienza molto importante nel condizionare la scelta dello studente nell’avviarsi o meno in una carriera accademica. Nel mio caso, la tesi segnò la scelta di intraprendere la carriera dello scienziato e educatore.  Scelta che, come gli academici goliardici delle prime università europee, mi ha portato a peregrinare lontano dalla mia alma mater nelle lontane Università del nord Europa. Di fatti, questa prefazione è stata abbozzata a Brema in Germania e completata a Lincoln nel Regno Unito, a pochi chilometri dalla città che diede i natali a Isacco Newton.

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Physical Chemistry: The Simple Hückel Method (Part VI): PREVIEW

LIST OF PREVIOUS LESSONS

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Una introduzione alla programmazione in Python

Hi, little cub. Oh, no. Don’t be scared. I’m not gonna hurt you.

Dal film: The Jungle Book. Walt Disney Picture, 2016.

Python è un linguaggio non proprietario e di pubblico dominio è stato creato dall’olandese Guido van Rossum nel 1989. von Rossum racconta nella prefazione che a scritto per il libro sul Python di Lutz e Acher [1], che il progetto di scrivere un nuovo linguaggio è iniziato come un passatempo per le vacanze di Natale! Il linguaggio è stato ispirato dal linguaggio ABC. L’autore dice che “Ho scelto Python come titolo provvisorio per il progetto, essendo di umore un po’ irriverente (e un grande fan di Flying Circus dei Monty Python)”. Sicuramente il risultato è stato un nuovo linguaggio di grandissima diffusine e successo tanto che è tra il linguaggio più usati e insegnati nelle scuole. Il motivo del suo successo è duvuto all’insieme delle caratteristiche che lo distinguono da altri linguaggi di programmazioni che lo hanno preceduto. La sintassi usato per il codice Python è facile da leggere e capire. Permette di ottenere ridurre i tempi di programmazione rendendo possibile scrivere codici complessi in breve tempi. È un linguaggio interpretato ovvero il codice può essere eseguito direttamente senza il bisogno di compilarlo prima. Inoltre, in fase di esecuzione le informazioni ricevute dall’interprete permettono di trovare facilmente errori. Il linguaggio Python può essere usato su tutti i sistemi operativo disponibili quali Windows, Mac, Linux, Android, iOS e anche su microcomputers quali il Raspberry Pi. Sono state sviluppate tantissime raccolte di programmi (chiamate librerie) per eseguire compiti specifici (ad esempio grafica, risoluzione di equazioni differenziali) per velocizzare la scrittura di nuovi programmi.

Python è utilizzato in tutte le area della scienza, tecnologia, attività sociali e finanziarie. Per esempio, è usato nella robotica, per l’analisi dei dati in medicina, astronomia, bioinformatica, fisica delle particelle (solo per citarne alcune), nell’industria cinematografia, musicale e dei videogiochi. 

Pertanto, imparare Python può tornare utile per creare progetti molto interessanti che supportano sia lo studio e che la futura carriera. In questa serie di articoli vengono dati dei rudimenti di programmazione in Python sufficienti a stimolare l’ interesse ad approfondire ulteriormente la conoscenza di questo fantastico linguaggio di programmazione. Per tale scopo si può consultare alla fine di questo articolo un elenco di siti online dove trovare ulteriori informazion sul linguaggio.

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The ROTAforMI: a RObotic TAble for Microscopy

I have recently published another STEM oriented robotic project. It is the ROTAforMI device, a versatile robotic device for controlling the position and orientation of a microscope slide using four degrees of freedom. This prototype is a complementary development of the idea behind the Roto-microscope project. It was inspired by related projects of servo motors-controlled micromanipulators and 3D micro scanners.

The device is entirely 3D printed and is actioned by four small servos controlled by one Arduino Nano microcontroller. The device can be controlled manually using two micro joysticks (and possibly also automatically via a programmed sequence of movements). In addition, a Bluetooth remote can take snapshots with a smartphone’s camera.

The device is made modular to use for different purposes. For example, removing the Y-stage should be sufficient to fit it under a stereomicroscope. Although the electronic interface is quite bulky, the device is simple to assemble and use, and the controlling program is still in its early stages. The ultimate goal is to use it for automatic photo stacking or 3D image reconstruction. Still, we are sure there are other possible applications in which small motion in 3D dimensions and a rotation of the observation stage can be helpful.

This is a prototype, and there is a lot of space for improvements. So we hope you like it, and constructive comments and suggestions are always welcome!

If you want trying to build one, please follow to the link given above.

Physical Chemistry: The Simple Hückel Method (Part V)

In the previous four parts of this series of articles on the SHM (the links to the other parts are reported at the end of the article), we learned how to apply the Hückel method to conjugated linear and cyclic molecules containing only carbon atoms. However, an unsaturated molecular system can contain hetero atoms that can conjugate their electrons. The contribution of different theoretical chemists has extended the method by including semiempirical terms for the overlapping integrals that consider the presence of non-carbon atoms in the conjugated system. This effort has been summarized by the American chemist A. Streitwieser providing a set of parameters to approximate both Columb and bond integrals in the Hückel determinant [1]. The derivation of these parameters has been discussed in detail by Streiweiser [2] or by Lowe [2]. This article will teach us how to use these parameters to build up the Hückel determinant for this conjugated molecular system.

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Modelling and Designing of Birds Eggs for 3D Printing (Easter 2022)

A box without hinges, key, or lid,
Yet golden treasure inside is hid.

JRR Tolkien, The Hobbit

Easter 2022 is at the door and the occasion for the traditional appointment to talk about eggs and their mathematical shapes. This year with the help of my sons, we have created the following Instructable for STEM education:

https://www.instructables.com/Modelling-and-Designing-of-Bird-Eggs-for-3D-Printi/

The project aims to show how to use a simple mathematical model to generate the 3D form of real bird eggs utilizing several parameters. The 3D egg models can be saved as an STL file and then printed using a 3D printer. The printed egg can be painted or modified with a CAD program to add functionalities for egg-based gadgets or toys. An example of a modification to create a LED decorated egg is explained in detail.

More recently for fun, I have published another one using the same approach:

https://www.instructables.com/The-Eggyrint/

The egg modelling topic has been covered in previous article, and the interested reader can complement the information in the Instructable with other information provided in the following articles:

https://wordpress.com/post/daniloroccatano.blog/3792

https://wordpress.com/post/daniloroccatano.blog/5171

https://wordpress.com/post/daniloroccatano.blog/6760

The Instructable gives the possibility to 3D print and modifies the 3D shape of bird eggs. It can be used for research, teaching and fun. I hope you will enjoy it, and constructive comments and suggestions are always welcome!

AUGURO A TUTTI I LETTORI UNA BUONA PASQUA E PACE IN TERRA

WÜNSCHT ALLEN LESERN FROHE OSTERN UND FRIEDEN AUF ERDEN

I WISH TO READER A HAPPY EASTER AND PEACE ON EARTH

Come Creare Modelli Tridimensionali di Conchiglie e altri Molluschi

Questo articolo è la traduzione di un recente instructable in lingua inglese creato in collaborazione con mio figlio Leonardo sul sito Instructables teachers (https://www.instructables.com/How-to-Generate-and-3D-Print-Seashells-and-Other-M). Sull’argomento ho già scritto un altro breve articolo (anche questo in lingua inglese) nel passato, tuttavia, visto il considerable interesse ricevuto dall’instructable ( che ha vinto anche un premio runner-up nella competizione “made with math”) ho deciso di farne una traduzione per i lettori italiani del mio blog.

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The Magic Sand Slicer

We have published for the first time a project on Instructables: a website specialised in publishing interesting DIY projects by an effervescent community of makers and educators.

The project is called the Magic-Sand Slicer and it is an education project initially conceived as a STEM activity to learn using Arduino, a 3D printer, and some exciting science. It is also a collaboration with my son Leonardo who helped me in evaluating the device as a STEM student. We have learned a lot together, and we want to share the results of this long journey. This project aims to create a device that automatically makes sections of a cylinder of easy-to-cut coloured material. That can be used for practising 3D image reconstruction of the coloured blogs hidden in the column. The so-called Magic-Sand (c), also known with other trademarks names, becomes suitable for this experiment.
What is the point of making pictures of thin layers of sand and then reconstructing it digitally? Is it just for the fun of it? It varies on who is using it. However, students and teachers from different disciplines (e.g. geology, biology, medical) can find it a helpful education device to practice with image reconstruction from the serial sections. It could also be of interest to a geologist interested in sedimentary material plasticity to study rock and the secrets it beholds, or to a process, engineering to emulate the packing of fine granular materials. Finally, an artist can make a fantastic program of unravelling magic forms generated by packing coloured sand. 

I was surprised that the project got so much interest in a very short time and I thank the Instructable community for their nice welcome! If you like to know more about the project (and try it!) then you can read our instructable here.

I also just realized that the Instructable was reviewed on the Arduino blog site by the Arduino team!

Retro programming nostalgia V: L’Equilibrio e la Titolazione Acido/Base (Parte II)

Questo secondo articolo continua il mio personale viaggio retro-computazionale delle titolazioni acido/base. Nell’articolo precedente, ho mostrato come calcolare un equilibrio acido base per acidi e basi forti. In questo articolo, vengono descritte anche le subroutines per le titolazioni di acidi e basi deboli monoprotici. Il metodo che ho usato risolve in modo esatto il calcolo dei pH e si basa su articolo pubblicato sulla rivista di chimica “Rassegna chimica” da Prof Luigi Campanella (e Dr G. Visco) nel 1985. Ricevetti dall’autore stesso una copia dell’articolo quando frequentavo il suo corso di chimica analitica presso l’Università “la Sapienza” di Roma. Ricordo che scrivere un programma per lo studio delle titolazioni non solo fu divertente e stimolante ma mi aiutò molto a capire a fondo l’argomento. Pertanto raccomando il giovane lettore di provare a convertire il programma in un linguaggio moderno a voi più familiare (per esempio il Python) per meglio comprenderne il funzionamento.

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