LaTeX-Kompendium: Chemie

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Einleitendes

Für den Satz chemischer Dokumente gibt es seit einigen Jahren eine ganze Reihe von Paketen, die dem Chemiker oder Chemie-Studenten das Leben erleichtern: unter anderem mhchem, chemformula, chemfig, chemmacros oder chemnum, um nur die wichtigsten zu erwähnen.

Strukturformeln und Reaktionsgleichungen

mhchem

Das Paket mhchem eignet sich zur Darstellung von Formeln und Reaktionsgleichungen. Es sollte immer mit Versionsangabe geladen werden. Ein einfaches Beispieldokument sieht etwa so aus:

\documentclass{article}
\usepackage[version=4]{mhchem}
\begin{document}
\ce{C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O}
\end{document}

Die Reaktionsgleichung ergibt folgendes Bild:

Die Eingabe ist relativ intuitiv: in das Makro \ce werden Summenformeln einfach mit Buchstaben und Zahlen eingegeben. Die Zahlen werden automatisch als Tiefstellungen interpretiert, es sei denn, sie stehen zu Beginn einer Formel: dann werden sie als stöchiometrischer Faktor interpretiert. Dabei können dann Brüche auch bequem eingegeben werden: \ce{1/2H2O}.

Innerhalb von \ce können außerdem ^ und _ wie im Mathematikmodus für Hoch- und Tiefstellungen verwendet werden. Einzelne Formeln sowie das + sollten von Leerzeichen umgeben werden.

Am Ende einer Formel werden die Zeichen + und - als Ladungen interpretiert und dementsprechend als Hochstellung behandelt.

\documentclass{article}
\usepackage[version=4]{mhchem}
\begin{document}

\ce{H2O} \par
\ce{Sb2O3} \par
\ce{H+} \par
\ce{CrO4^2-} \par
\ce{[AgCl2]-} \par
\ce{Y^99+} \par
\ce{Y^{99+}} \par
\ce{2H2O} \par
\ce{2 H2O} \par
\ce{0.5H2O} \par
\ce{1/2H2O} \par
\ce{$n$H2O} \par
\ce{^{227}_{90}Th+} \par
\ce{^227_90Th+} \par
\ce{H{}^3HO}

\end{document}

Die Ausgabe einiger Formeln mit Hilfe des mhchem-Pakets

Die Ausgabe des obigen Codes kann rechts in der Grafik betrachtet werden.

Um Reaktionsgleichungen einzugeben, genügt es, an entsprechender Stelle (umgeben von Leerzeichen) einen Pfeil-Shortcut einzugeben. Gültige Shortcuts sind

Shortcut	Pfeilart
->	einfache Reaktion nach rechts
<-	einfache Reaktion nach links
<->	Resonanzpfeil
<-->	Reaktion in beide Richtungen
<=>	Gleichgewichtspfeil
<=>>	Gleichgewicht auf der rechten Seite
<<=>	Gleichgewicht auf der linken Seite

Alle Pfeile haben zwei optionale Argumente, die wie üblich in eckigen Klammern eingegeben werden. Das erste Argument fügt eine Beschriftung über dem Pfeil hinzu, das zweite eine Beschriftung unter dem Pfeil. Grundsätzlich wird eine Eingabe dort wie im üblichen Argument von \ce behandelt. Eine Eingabe in geschweiften Klammern fügt Text hinzu, eine Eingabe zwischen $ wechselt zum Mathemodus. Die Länge der Pfeile wächst automatisch mit der Beschriftung mit.

\documentclass{article}
\usepackage[version=4]{mhchem}
\begin{document}

\ce{A -> B} \par
\ce{A <- B} \par
\ce{A <-> B} \par
\ce{A <--> B} \par
\ce{A <=> B} \par
\ce{A <=>> B} \par
\ce{A <<=> B} \par
\ce{A ->[H2O][{unten}] B} \par
\ce{A ->[{H2O}] B} \par
\ce{A ->[$k_1$] B}

\end{document}

chemformula

Das Paket chemformula stellt eine Alternative zu mhchem dar. Die Syntax ist weitestgehend die gleiche, allerdings ist chemformula weniger nachgiebig, was ungenaue Eingabe angeht. Andererseits hat chemformula eine umfassende Anzahl von Optionen, durch die sich fast alle Aspekte den eigenen Wünschen und Vorgaben anpassen lassen. Unter anderem unterstützt chemformula zudem die Kröger-Vink-Notation.

Der Autor von mhchem hat den Unterschied der beiden Pakete einmal folgendermaßen beschrieben:

Martin Hensel: „[chemformula's] philosophy is control to the user. [...] mhchem's philosophy, on the other hand, is ease of use.“

Quelle: http://tex.stackexchange.com/q/237946#comment565361_238214

Das Einführungsbeispiel von bei mhchem auf chemformula übertragen zeigt einen ersten Unterschied in der Eingabe: stöchiometrische Faktoren müssen durch Leerzeichen von den Formeln eingegeben werden:

\documentclass{article}
\usepackage{chemformula}
\begin{document}
\ch{C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O}
\end{document}

Auch mit chemformula kann man Reaktionsgleichungen erstellen durch Eingabe von Pfeil-Shortcuts, die von Leerzeichen umgeben sein müssen. Auch hier haben die Shortcuts optionale Argumente für die Eingabe von Pfeilbeschriftungen. Die Pfeile wachsen mit der Länge der Beschriftungen mit. chemformula hat ein paar mehr Pfeile als mhchem:

Shortcut	Pfeilart
->	einfache Reaktion nach rechts
<-	einfache Reaktion nach links
-/>	keine Reaktion nach rechts
</-	keine Reaktion nach links
==	stöchiometrische Reaktion
<->	Resonanzpfeil
<>	Reaktion in beide Richtungen
<=>	Gleichgewichtspfeil
<=>>	Gleichgewicht auf der rechten Seite
>=<<	Gleichgewicht auf der rechten Seite, umgekehrte Richtung
<<=>	Gleichgewicht auf der linken Seite
>>=<	Gleichgewicht auf der linken Seite, umgekehrte Richtung
<o>	Isolobalpfeil
<==>	Äquivalenzpfeil

Zusätzlich bietet chemformula mit \NewChemArrow die Möglichkeit, eigene Pfeilshortcuts zu definieren