Elementos en las estrellas | Ciencias

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El universo conocido contiene aproximadamente 76% de hidrógeno, 23% de helio y 1% de los demás elementos conocidos. Como estudiante de química hace unos años … una de las cosas que más me llamó la atención fue el descubrimiento de que todos los elementos químicos se fabrican en las estrellas. Como dijo Carl Sagan, somos un asunto pendiente. Piénselo, los átomos de oxígeno en sus manos, el azufre en su cabello o el carbono en sus ojos fueron producidos en una estrella distante hace millones de años, entonces si no tiene la boca abierta … léalo de nuevo. . De este modo, Todos los elementos conocidos, al menos hasta el uranio, podrían incluirse en este primer capítulo titulado «Elementos en las estrellas»., pero nos limitaremos a los más relevantes para la composición de las estrellas. En las próximas semanas tendremos más capítulos dedicados a otros elementos químicos.

Si nos centramos en los elementos químicos y su producción en el universo, tenemos que empezar con hidrógeno (H), helio (He) y litio (Li). Estos tres elementos son los que aparecieron por primera vez en los primeros minutos del Big Bang.

Figura 1. La fábrica de elementos de nuestro sistema solar, también conocida como sol.

H.. hidrógeno

El hidrógeno, cuyo nombre significa generador de agua, es el elemento químico más simple formado por un protón en el núcleo y un electrón. Este átomo es vital por muchas razones, pero la primera es probable porque sigue siendo el combustible de las estrellas. En una estrella como nuestro sol, la densidad y la temperatura en el núcleo son tales que los átomos de H se fusionan para formar el siguiente elemento de la tabla periódica, helio-4 (mediante un proceso en el que otros átomos como el deuterio o el helio-3 son involucrado). . Esta fusión, que forma uno de los átomos más estables que existen, emite enormes cantidades de energía y radiación. A través de este proceso de fusión, nuestra estrella convierte alrededor de 600 millones de toneladas de hidrógeno por segundo. A pesar de estas cantidades inimaginables, todavía no tenemos que preocuparnos por quedarnos sin «gas» ya que se estima que nuestra estrella tendrá suficiente combustible para otros 10 mil millones de años. Cuando se trata de la tierra, la molécula de hidrógeno (H2) es tan ligera que escapa a la gravedad terrestre. Solo un planeta del tamaño de Júpiter es lo suficientemente grande como para evitar que se escape el hidrógeno. El hidrógeno se conocía mucho antes de que se entendiera su naturaleza. Ya en 1671, Robert Boyle describió la formación de «vapores» altamente inflamables al mezclar hierro y ácido clorhídrico. Aun así, Henry Cavendish es el descubridor oficial del hidrógeno molecular (H2). El mismo investigador fue el primero en demostrar que la quema de H2 crea agua. Uno de los usos más interesantes del hidrógeno es su uso potencial como fuente de energía limpia. Sería un combustible hecho de agua, y quemándolo produciría agua nuevamente. Aunque aún quedan numerosos problemas por resolver para su uso masivo, como son: Por ejemplo, el almacenamiento, podrían convertir a este gas en un serio competidor de combustibles fósiles si se resuelve.

tengo.Helio

El siguiente elemento estrella es el helio. Su nombre proviene del griego Helios, que significa «el sol». En la tabla periódica lo encontramos en segundo lugar, su número atómico es 2, lo que lidera el grupo de los llamados «gases nobles», los cuales son conocidos de esta manera por la rara tendencia a formar compuestos (mezclarse con otros) cuyo los átomos se encuentran en este grupo. Aunque se han elaborado algunos compuestos de He como VHe3 + o HePtHe2 +, generalmente son «curiosidades» muy inestables. Como dije, este elemento es el segundo más abundante en el universo y uno de los tres elementos que aparecieron en los primeros minutos después del Big Bang. Además, tiene el honor de ser descubierto en el sol antes de que existiera en la tierra. Fue descubierto de forma independiente por el astrónomo francés Pierre Janssen y el astrónomo inglés Norman Lockyer durante el eclipse solar de 1868. Fue descubierto accidentalmente en nuestro planeta por una compañía petrolera en 1903. Otro aspecto importante en el que participa el helio es la formación de otros elementos, especialmente el carbono, que es fundamental para todas las formas de vida conocidas, mediante la fusión de tres átomos de helio. La relevancia de He va más allá de su papel como producto de la fusión del hidrógeno. Por ejemplo, es un elemento fundamental en medicina como refrigerante para imanes utilizados en la resonancia magnética.

Li. litio

El litio del lithos (piedra) griego fue descubierto por Johan August Arfvedson en Suecia en 1817. Aunque es, como dije, uno de los tres elementos producidos después del Big Bang, es un elemento «raro» en el universo. Cuando el interior de una estrella alcanza los 2,4 millones de grados, Li se convierte en dos átomos de He. Los astrónomos utilizan este hecho para distinguir si una estrella es una enana roja o una enana marrón. Mientras que en el primero la temperatura es lo suficientemente alta como para destruir el Li, no es así en el segundo. El significado de Li se extiende mucho más allá de su origen preeminente. Es bien conocido el papel cada vez más importante de las baterías de Li, por lo que este metal y el mineral del que normalmente se extrae, la espodumena (LiAlSi2O6), es un recurso muy importante desde el punto de vista económico. La importancia de este uso le valió este año el Premio Nobel a los pioneros de esta tecnología, John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham y Akira Yoshino. Otro uso muy notable de Li y algunas de sus sales es en el tratamiento de enfermedades mentales. Gracias al primer trabajo del médico australiano John Cade, se generalizó el uso de carbonato de litio para tratar afecciones como la depresión. A pesar de su uso, el mecanismo por el que funciona no está del todo claro hasta el día de hoy.

Figura 2. Esquema de la composición de una estrella al final de su vida. Fuente: NASA. https://helios.gsfc.nasa.gov/onion.html

¿Y el resto de elementos de la tabla periódica? Cuando una estrella como nuestro sol agota todo el combustible de H, comienza a «quemarlo» para producir elementos más pesados. Carbono (C), oxígeno (O) hasta hierro (Fe) y níquel (Ni). El proceso hasta estos elementos crea energía. Como se puede observar en la Figura 2, al final de su vida útil, las estrellas tienen una estructura en forma de cebolla, diferentes capas ricas en diferentes elementos, la más ligera en la superficie (H, He) y la más pesada en el núcleo (Fe y no).

Para producir elementos más pesados, el sistema debe alimentarse con energía. Se cree que esta fuente de energía, que permite la formación de átomos con un número atómico superior a 28, se debe a la explosión de supernovas. Este tipo de explosiones, las más grandes que se pueden observar, son las responsables de la producción de elementos como el oro (Au) o la plata (Ag), así como el elemento más pesado que se encuentra en la naturaleza, el uranio (U).

Esperamos que este breve artículo te haga apreciar aún más las estrellas que vemos por la noche. No solo son fuente de vida por su radiación, sino literalmente los «hornos» en los que se produce la materia que compone la vida. que todos estamos hechos.

Referencias.

Bloques de construcción de la naturaleza. John Emsley

https://helios.gsfc.nasa.gov/nucleo.html

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