Automatizuotas mokymasis naudojant kolektyvines žinias, siekiant nulaužti oksidacijos situacijas kristalų struktūrose

Chemikai, balsuojantys dėl metalinių-organinių karkasų oksidacijos būsenų. Autorius: Davidas Abbasi Pérezas

Cheminiai elementai fiziniame pasaulyje sudaro beveik viską. Nuo 2016 m. Žinome 118 elementų, kuriuos visus galima rasti garsiojoje periodinėje lentelėje, kabančioje kiekvienoje chemijos laboratorijoje ir klasėje.

Kiekvienas periodinės lentelės elementas yra vienos ir dviejų raidžių (pvz., Deguonies O, Al aliuminio) sutrumpinimas kartu su jo atominiu numeriu, kuris parodo, kiek protonų yra to elemento branduolyje. Protonų skaičius yra labai svarbus, nes jis taip pat nustato, kiek elektronų skrieja branduolys, o tai iš esmės suteikia jam elementą ir jo chemines savybes. Trumpai tariant, atominis skaičius yra elemento ID.

Periodinėje lentelėje turėtų būti rodomos oksidacijos būsenos

Paskelbta Gamtos chemijaChemijos inžinieriai iš EPFL pagrindinių mokslų mokyklos tiria kitą skaičių, kuris turi būti nurodytas kiekvienoje periodinėje lentelėje: elemento oksidacijos būsena, dar vadinama oksidacijos skaičiumi. Trumpai tariant, oksidacijos būsena apibūdina, kiek elektronų turi įgyti ar prarasti atomas, kad susidarytų cheminis ryšys su kitu atomu.

„Chemijoje oksidacijos būsena nurodoma cheminiu junginio pavadinimu“, – sako tyrimų vadovas Berendas Smitas. “Oksidacijos sąlygos vaidina tokį svarbų vaidmenį chemijos pagrinduose, kad kai kurie teigė, kad jos turėtų būti atstovaujamos kaip trečioji periodinės lentelės dimensija”. Geras pavyzdys yra chromas: esant oksidacijos būsenai III yra būtinas žmogaus organizmui; IV oksidacijos būsenoje yra labai toksiška.

Sudėtingos medžiagos viską apsunkina

Tačiau nors gana lengva sužinoti vieno elemento oksidacijos būseną, kai kalbama apie junginius, sudarytus iš kelių elementų, viskas tampa sudėtinga. “Sudėtingų medžiagų atveju praktiškai neįmanoma numatyti oksidacijos būsenos pagal pirmuosius principus”, – sako Smithas. “Tiesą sakant, daugumai kvantinių programų reikalinga metalo oksidacijos būsena.”

Dabartinis oksidacijos situacijų prognozavimo menas tebėra XX amžius. Jis pagrįstas šimtmečio pradžioje sukurta vadinamąja „ryšių valentingumo teorija“, kuri apskaičiuoja junginio oksidacijos būseną pagal atstumus tarp jo komponentų atomų. . Bet tai ne visada pavyksta, ypač medžiagose su kristalų struktūromis. “Akivaizdu, kad svarbu ne tik atstumas, bet ir metalo komplekso geometrija”, – sako Smithas. – Tačiau bandymai į tai atsižvelgti nebuvo labai sėkmingi.

Mašininio mokymosi sprendimas

Iki šiol tai yra. Tyrimo metu mokslininkai sugebėjo išmokyti algoritmą, kad išmoktų mašiną klasifikuoti garsiąją medžiagų grupę, metalines-organines struktūras pagal oksidacijos būseną.

Grupė naudojo Kembridžo struktūrinę duomenų bazę – kristalų struktūrų saugyklą, kuri medžiagų pavadinime suteikia oksidacinę būseną. „Duomenų bazė yra labai paini, joje yra daug trūkumų, o oksidacijos būsenoms priskirti naudojami skirtingi eksperimentų variantai, ekspertų išradimai ir ryšių valentingumo teorija“, – sako Smithas. “Mes manome, kad chemija yra savarankiška”, – pridūrė jis. “Taigi, nors yra daugybė trūkumų asmeninėse sąskaitose, visai bendruomenei viskas gerai.”

„Mes iš esmės sukūrėme mašininio mokymosi modelį, kuris užfiksavo kolektyvines chemijos bendruomenės žinias“, – sako Kevinas Jablonka, EPFL „Smit“ komandos doktorantas. „Mūsų mašininis mokymasis“ Kas nori būti milijonais? “Tai tik televizijos žaidimas. Jei chemikas nežino oksidacijos būsenos, vienas iš gyvenimo būdų yra paklausti chemijos klausytojų, kokia turėtų būti oksidacijos būsena.

Nuoroda: Kevinas Maikas Jablonka, Daniele Ongari, Seyedas Mohamadas Moosavi ir Berendas Smitas, 2021 m. Liepos 5 d. „Kolektyvinių žinių naudojimas metalo katijonams priskirti organines oksidacijos būsenas metalų katijonams“. Gamtos chemija.
DOI: 10.1038 / s41557-021-00717-m

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nuodingos kempinės apsaugo nuodingus paukščius ir varles nuo savo toksinų

Auksinė nuodų varlė, Phyllobates terribilis. Kreditas: Chris Wellner, Smithsonian nacionalinis zoologijos sodas Kalifornijos universiteto, San Francisko (UCSF), Stanfordo universiteto ir Kalifornijos mokslų akademijos (CAS)...

Didelė pažanga švarios energijos kuro elementų reakcijų srityje

Žinant geležies atomų tankį ir vietos dinamiką, pasiekiamas efektyvumo lygis kuro elementų oksidacijos reakcijoje, kuri niekada nebuvo realizuota. Kreditas: Teksaso universitetas Austine /...

Astronomai atranda mažytę uolėtą planetą – tik pusę Veneros masės

Šis grafinis simbolis rodo L 98-59b, vieną iš L 98-59 35 šviesmečių sistemos planetų. Sistemoje yra keturios patvirtintos uolienų planetos, kurios gali atsirasti...

Du antihipertenziniai vaistai apsaugo nuo tos pačios širdies ligos, bet skirtingo šalutinio poveikio

Analizuojant beveik 3 milijonus pacientų, vartojusių pirmuosius kraujospūdį mažinančius vaistus, angiotenzino receptorių blokatoriai (ARB) buvo tokie pat geri kaip ir angiotenziną konvertuojančių fermentų (AKF)...

Ličio jonų akumuliatorių „įkūrėjas“ padeda savo atradimu išspręsti 40 metų senumo problemą

Ličio jonų akumuliatorių su SNS neutronais įkūrėjas patvirtino, kad katodo medžiaga (mėlyna) be ličio niobio oksido (šviesiai žalia) žymiai sumažino pirmojo ciklo energijos nuostolius...

Newsletter

Subscribe to stay updated.