Os 3 elementos mais surpreendentes
Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech; Composto Chandra / Spitzer / Hubble do remanescente de supernova Cassiopeia A.
Cada elemento encontrado na Terra foi feito no Big Bang ou nos núcleos das estrelas… exceto esses três.
Não podemos conceber que a matéria seja formada de nada, pois as coisas precisam de uma semente para começar... Portanto, não há nada que volte ao nada, mas todas as coisas voltam dissolvidas em seus elementos. -Lucrécio, De Rerum Natura
Você pode olhar ao redor do mundo e se maravilhar com a enorme diversidade de coisas que existem em nosso mundo, tanto naturalmente quanto pelas mãos da humanidade.
Crédito da imagem: Tourism Australia 2014, via http://www.australia.com/nationallandscapes/sydney-harbour.aspx .
No entanto, apesar da incrível complexidade das coisas que o Universo pode criar, tudo é feito – em um nível fundamental – de blocos de construção relativamente simples. É só que a maneira como eles se juntam é tão intrincada, complexa e variada, que as combinações possíveis podem produzir um conjunto aparentemente ilimitado de resultados.
Crédito da imagem: Lawrence Berkeley National Lab / UC Berkeley / US Dept. of Energy (principal); J. Roche na Universidade de Ohio (inserção).
Nas menores escalas, a matéria é na maioria das vezes composto de quarks e glúons, que representam cerca de 99,96% da massa de todas as coisas com as quais interagimos aqui em nosso mundo. Quarks e glúons não podem existir livremente, no entanto. Nós só os encontramos unidos em duas formas aqui na Terra: prótons e nêutrons.
E embora os nêutrons livres individuais sejam instáveis, encontramos prótons e nêutrons Unidos em um grande número de combinações estáveis, formando a enorme diversidade de núcleos atômicos com os quais estamos familiarizados. Quando você adiciona elétrons suficientes a cada um desses núcleos, acaba com átomos neutros.
Crédito da imagem: Anne Marie Helmenstine, Ph.D. ., através da http://chemistry.about.com/od/periodictableelements/a/printperiodic.htm .
São esses átomos que formam os elementos de que são feitos todos os objetos materiais do Universo com os quais estamos familiarizados. Isso inclui tudo, desde átomos únicos a moléculas simples a macromoléculas complexas e cadeias moleculares, até organelas, células, órgãos especializados e organismos inteiros em funcionamento.
Tudo encontrado na Terra é feito desse número relativamente pequeno de elementos. Como se vê, os elementos um (hidrogênio) a noventa e dois (urânio), inclusive, ocorrem naturalmente em nosso mundo, com apenas duas exceções: elementos 43 ( tecnécio ) e 61 ( promécio ), que são radioativos em todas as formas em escalas de tempo muito mais curtas do que o tempo de vida da Terra.
Crédito da imagem: 2009 Bill Snyder Astrophotography, via http://billsnyderastrophotography.com/?page_id=2035 .
Se observarmos as profundezas do espaço, as nuvens de gás interestelar, as superfícies das estrelas e os corações das regiões de formação de estrelas e remanescentes de supernovas, podemos entender o quão comuns esses elementos são em toda a nossa galáxia e no planeta. Universo. Descobrimos, talvez sem surpresa, que o que encontramos na crosta do nosso planeta é não uma boa representação de quão abundantes esses vários elementos são, mas o que é encontrado em nosso Sol é muito próximo. Podemos dizer isso observando o espectro de absorção do Sol e identificando quais elementos (e em que proporção) estão presentes.
Crédito da imagem: N.A.Sharp, NOAO/NSO/Kitt Peak FTS/AURA/NSF, via http://www.noao.edu/image_gallery/html/im0600.html .
De fato, se fizermos um gráfico de quão abundantes todos os diferentes elementos são em nosso Sistema Solar, você encontraria o que parece ser um bom padrão, com alguns altos e baixos, mas uma curva geral onde os elementos mais leves são os mais abundantes. , e a abundância dos mais pesados diminui gradualmente à medida que nos movemos cada vez mais para baixo na tabela periódica.
Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons 28 bytes , via CC-BY-SA-3.0.
Ou melhor, esse padrão geral parece se manter, E se você esquece os elementos três, quatro e cinco na tabela periódica: lítio, berílio e boro! Esses três elementos são praticamente inexistente ao sol (ou algum estrela), e parecem terrivelmente peculiares quando comparados a todos os elementos ao seu redor.
Por outro lado, é bom que existam; lítio e boro podem servir a um propósito biológico em humanos, e boro é uma necessidade nas paredes celulares de todas as plantas! Esses três elementos são especiais no Universo e devem suas origens a um processo diferente de todos os outros elementos da tabela periódica.
Crédito da imagem: SST , Real Academia Sueca de Ciências , LMSAL ; é apenas a superfície do Sol, mas não tenho uma imagem melhor de um plasma quente e denso em expansão!
No muito no início, não havia elementos; havia apenas uma mistura quente de quarks, glúons, elétrons, neutrinos, radiação, partículas instáveis e antimatéria. À medida que o Universo se expandia e esfriava, porém, as partículas instáveis decaíam, a antimatéria se aniquilava com a matéria (que havia somente um pouco mais), e os quarks e glúons condensados em prótons e nêutrons. Inicialmente, o Universo era muito energético para prótons e nêutrons se fundirem em elementos mais pesados, pois seriam imediatamente destruídos pela radiação quente.
Crédito da imagem: eu, modificado de Lawrence Berkeley Labs.
Mas à medida que o Universo se expandia e esfriava, essa radiação não conseguia mais impedir a formação de núcleos atômicos, e assim o mais leve elementos do Universo – hidrogênio, hélio, alguns isótopos e um pouquinho de lítio – surgiram. Graças a observações diretas desses elementos, um conhecimento da razão atômico-núcleo-fóton (a partir do fundo de micro-ondas) e uma compreensão teórica da nucleossíntese, podemos ver que nossa compreensão combina muito bem.
Crédito da imagem: equipe científica da NASA / WMAP, via http://wmap.gsfc.nasa.gov/universe/bb_tests_ele.html .
Isso cuida dos dois primeiros elementos da tabela periódica, mas e o resto? Bem, nós temos estrelas! Sofrendo fusão nuclear em seu núcleo, o Universo teve 13,8 bilhões de anos para criar todos os de outros elementos. No núcleo de todas as estrelas da sequência principal, o hidrogênio se funde em hélio e, se sua estrela for massiva o suficiente (e a nossa é), ela começará a fundir hélio em carbono, nitrogênio e oxigênio.
Crédito da imagem: Nicolle Rager Fuller/NSF.
E no maioria massivo de estrelas, o carbono pode se fundir em elementos mais pesados, e então oxigênio, enxofre e silício, e eventualmente você fica com um núcleo de ferro, níquel e cobalto em uma estrela que se transformará em supernova em pouco tempo, criando todas as elementos mais pesados em grande abundância e espalhando esse material por todo o Universo.
Crédito da imagem: Raio-X: NASA/CXC/Caltech/S.Kulkarni et al.; Óptico: NASA/STScI/UIUC/Y.H.Chu & R.Williams et al.; IR: NASA/JPL-Caltech/R.Gehrz et al.
Com o tempo, é claro, os elementos instáveis decairão, e é por isso que o urânio é o elemento natural mais pesado na Terra hoje. Mas e essa lacuna no início? Nos núcleos das estrelas, fomos direto do hélio para o carbono , e apenas pulou os três elementos intermediários. De fato, se você colocar lítio, berílio ou boro em uma estrela, as altas energias e temperaturas da estrela vai destruir esses elementos, dissociando-os em hélio, hidrogênio e possivelmente alguns nêutrons!
Então, de onde vêm esses elementos?
Crédito da imagem: Assimetrias / Infn, viahttp://cds.cern.ch/journal/CERNBulletin/2011/18/News%20Articles/1345733.
Das partículas naturalmente aceleradas que voam pelo Universo quase à velocidade da luz: os raios cósmicos ! Produzidos por supernovas, galáxias ativas e provavelmente estrelas de nêutrons e buracos negros, esses prótons de alta energia e núcleos atômicos (e o elétron ocasional) viajam pelo Universo até alguma partícula azarada fica no caminho, o que inevitavelmente acontecerá.
E quando essa partícula for um átomo de carbono (ou mais pesado), cuidado!
Crédito da imagem: Instituto de Pesquisa das Leis Fundamentais do Universo, via http://irfu.cea.fr/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2215 .
Porque esses raios cósmicos podem explodir núcleos atômicos em constituintes menores, através de um processo conhecido como espalação .
Enquanto o hidrogênio (e um pouco de lítio) é produzido no Big Bang, carbono e elementos mais pesados são produzidos nas estrelas, e o hélio é produzido em Ambas , todo o berílio, boro e maioria do lítio encontrado na Terra é produzido por este processo: de raios cósmicos colidindo com átomos mais pesados e pré-existentes!
Crédito de imagem: Lawrence Berkeley National Laboratory, via http://newscenter.lbl.gov/feature-stories/2009/04/13/ionic-liquid-diet/ .
Então, da próxima vez que você olhar para uma planta e examinar a parede externa de suas células, pense no fato de que os átomos que dão a essas células suas propriedades únicas – os átomos de boro – precisavam de uma partícula acelerada por um buraco negro, uma estrela de nêutrons. , supernova ou galáxia distante para colidir com os elementos pesados expelidos de uma geração anterior de estrelas.
Crédito da imagem: Jonathan McKinney, University of Maryland, e Ralf Kaehler, SLAC National Accelerator Laboratory.
E então, teve que não encontre seu caminho para outra estrela antes de vir até nós! E essa é a história única dos três elementos leves mais raros do Universo: lítio, berílio e boro.
Gostou dessa história? Pesar em o fórum Starts With A Bang em Scienceblogs !
Compartilhar:
