p Os elementos químicos constituem quase tudo no mundo físico. A partir de 2016, sabemos de 118 elementos, tudo isso pode ser encontrado categorizado na famosa tabela periódica que existe em cada laboratório de química e sala de aula. p Cada elemento na tabela periódica aparece como um -, abreviatura de duas letras (por exemplo, O para oxigênio, Al para alumínio) junto com seu número atômico, que mostra quantos prótons existem no núcleo do elemento. O número de prótons é extremamente importante, pois também determina quantos elétrons orbitam o núcleo, o que essencialmente torna o elemento o que é e dá a ele suas propriedades químicas. Resumidamente, o número atômico é o cartão de identificação de um elemento.

p A tabela periódica deve incluir estados de oxidação

p Publicando em Química da Natureza , engenheiros químicos da Escola de Ciências Básicas da EPFL investigam outro número que deve ser informado para cada elemento da tabela periódica:o estado de oxidação do elemento, também conhecido como número de oxidação. Simplificando, o estado de oxidação descreve quantos elétrons um átomo deve ganhar ou perder para formar uma ligação química com outro átomo.

p "Na química, o estado de oxidação é sempre relatado no nome químico de um composto, "diz o professor Berend Smit, que liderou a pesquisa." Os estados de oxidação desempenham um papel tão importante nos fundamentos da química que alguns argumentaram que deveriam ser representados como a terceira dimensão da tabela periódica. "Um bom exemplo é o cromo:na oxidação estado III é essencial para o corpo humano; no estado de oxidação VI, é extremamente tóxico.

p Materiais complexos complicam as coisas

p Mas embora descobrir o estado de oxidação de um único elemento seja bastante simples, quando se trata de compostos feitos de vários elementos, as coisas ficam complicadas. "Para materiais complexos, é na prática impossível prever o estado de oxidação a partir dos primeiros princípios, "diz Smit." Na verdade, a maioria dos programas quânticos requer o estado de oxidação do metal como entrada. "

p O atual estado da arte na previsão de estados de oxidação ainda é baseado em algo chamado "teoria da valência de ligação" desenvolvida no início do século 20, que estima o estado de oxidação de um composto com base nas distâncias entre os átomos de seus elementos constituintes. Mas isso nem sempre funciona, especialmente em materiais com estruturas cristalinas. “É sabido que não é só a distância que importa, mas também a geometria de um complexo metálico, "diz Smit." Mas as tentativas de levar isso em conta não tiveram muito sucesso. "

p Uma solução de aprendizado de máquina

p Até agora, isso é. No estudo, os pesquisadores conseguiram treinar um algoritmo de aprendizado de máquina para categorizar um famoso grupo de materiais, as estruturas metal-orgânicas, pelo estado de oxidação.

p A equipe usou o banco de dados estrutural de Cambridge, um repositório de estruturas cristalinas em que o estado de oxidação é dado no nome dos materiais. "O banco de dados é muito confuso, com muitos erros e uma mistura de experimentos, suposições de especialistas, e diferentes variações da teoria da valência de ligação são usadas para atribuir estados de oxidação, "diz Smit." Presumimos que a química é autocorretiva, "acrescenta." Portanto, embora haja muitos erros em contas individuais, a comunidade como um todo vai acertar. "

p "Basicamente, fizemos um modelo de aprendizado de máquina que capturou o conhecimento coletivo da comunidade química, "diz Kevin Jablonka, um Ph.D. aluno do grupo de Smit na EPFL. "Nosso aprendizado de máquina nada mais é do que o jogo de televisão" Quem Quer Ser Milionário? ". Se um químico não conhece o estado de oxidação, uma das linhas de vida é perguntar ao público da química o que eles acham que o estado de oxidação deve ser. Ao enviar uma estrutura de cristal e nosso modelo aprendido por máquina, o público de químicos dirá qual é o estado de oxidação mais provável. "