如何使用你的Mac/MacBook模擬分子的空間結構及電子雲

***IMPORTANT重要！！！ 本教程存在少量漏洞和部分不足之處，持續改進中，僅供參考，若有任何意見及建議請隨時向我提出***

想讓你的電腦買的物所超值嗎？對某個分子長什麼樣，某個分子的電子雲長什麼樣好奇嗎？這裡有一些tips可以幫到你：

我們可以用一些很強大的工具來滿足你的好奇心——Avogadro2 (目前最新版本號2.0.0 今年4月1號新鮮出爐（並非愚人節玩笑）)。目前我只能夠給出Mac（M系列晶片）教程，因為我還沒有在Windows電腦和Mac（Intel晶片）上嘗試過

1.去Avogadro官網 https://avogadro.cc/install/index.html#install 這個頁面，在Current Release裡根據你的電腦選擇合適的文檔下載。如果你的Mac使用的是Apple M系列晶片，請點擊Download DMG（Apple Silicon）下載Apple Silicon版本

或者，你也可以點擊右側藍色字體從本站直接下載Avogadro 2.0.0    [Mac（M晶片）]    

2.安裝後，打開Avogadro2，畫出你感興趣的分子

*僅包含部分Avogadro2最基礎操作，若有需要請在網路搜尋更多教程*

示例（Benzene）

3.準備計算該分子電子雲

4.使用ORCA計算電子雲

4.-1 下載並安裝ORCA

進行下方步驟需要下載ORCA，請移步 https://orcaforum.kofo.mpg.de/app.php/portal 註冊並登入後下載合適的版本（Apple M系列晶片請務必選擇MacOS X, Arm64, Installer Version）

準備ORCA安裝環境

OpenMPI是ORCA運行依賴的一個不可或缺的庫，我們必須在安裝ORCA之前安裝它。

使用homebrew是安裝OpenMPI最簡單的方式。我們需要先安裝homebrew。

請按command+space，在彈出的Spotlight Search中輸入Terminal，打開Terminal（終端）

由於中國大陸網路環境，我們無法使用GitHub的官方指令安裝homebrew，不過我們有國內鏡像站作為替代選項。執行

/bin/zsh -c "$(curl -fsSL https://gitee.com/cunkai/HomebrewCN/raw/master/Homebrew.sh)"

接著我們根據提示選擇通過清華大學下載brew。輸入1

*請務必按照腳本最後的提示，執行那幾行export指令（如果有出現的話）*

安裝完 Homebrew 並執行完 export 指令後，請關閉終端機（Command + Q）並重新打開，否則下一步執行 brew install 可能會報command not found。

重新打開Terminal後執行

brew install open-mpi

*運行完畢後可透過執行mpirun --version，觀察是否顯示版本號以確認OpenMPI是否安裝成功*

4.0安裝ORCA

如果你下載的文檔名稱是orca_6_1_1_macosx_arm64_openmpi411.run，位置在Downloads（默認下載位置），則在Terminal中執行

cd ~/Downloads
chmod +x orca_6_1_1_macosx_arm64_openmpi411.run

接下來執行

./orca_6_1_1_macosx_arm64_openmpi411.run

*(若文檔名稱不是orca_6_1_1_macosx_arm64_openmpi411.run，請將以上所有命令內的orca_6_1_1_macosx_arm64_openmpi411.run換成真實文檔名稱)*

輸入後可能看到的提示是

Verifying archive integrity...  100%   MD5 checksums are OK. All good.

Uncompressing ORCA 6.1.1 Installer ...  100%  

ORCA 6.1.1 installed in /xxx

請將/xxx路徑記下來，可以貼到記事本內，此時ORCA 已經成功解壓到了此路徑下。

接下來接解除Mac的安全隔離（否則從網路下載的應用程式可能不能正常運行）。執行

sudo xattr -rd com.apple.quarantine /xxx

*不要只輸入“/xxx”，輸入你剛剛記錄下來的路徑instead of “/xxx”）*

4.1運行ORCA

接下來進入你剛剛在第3步保存文檔的那個資料夾（可以先在Finder進入那個資料夾，雙指單擊第3步創建的.inp文檔，選中Get Info，在General - Where欄目下從Users開始複製路徑。假如你剛剛在第3步把那個Benzene.inp文檔放在/Users/stevenxu/Documents/O2_calc資料夾內了，你會在那個.inp文檔Get Info，General - Where欄目下從Users開始複製到/Users/stevenxu/Documents/O2_calc。請執行）

cd /Users/stevenxu/Documents/O2_calc

接著執行

/xxx/orca Benzene.inp > Benzene.out

*不要只輸入“/xxx”，輸入你剛剛記錄下來的路徑instead of “/xxx”*

Benzene.inp應替換為你設定的Filename Base（也就是你的輸出文檔名）.inp，同樣，Benzene.out也應替換

等待運算結束（終端窗口頂部路徑不再自動變化，並且新一行的命令提示字元出現）

運算結束後，在Finder打開你原先放.inp文檔的資料夾，找到對應.out文檔，將其拖入Avogadro2窗口內，將會多出一個Molecular Orbitals彈窗，你可以選擇查看不同分子軌道的形狀（電子雲的形狀），以及他們的能量、裡面有幾個電子。

這張圖是苯環的大pi鍵，6個碳原子共軛（conjugate），p軌道電子完全離域（delocalize）