Elementos que constituyen el universo

Elementos del cuarto periodo

La formación de los elementos comenzó hace unos 14.000 millones de años en los primeros minutos del Big Bang. Después de unos 20 minutos, la materia ordinaria del Universo era una mezcla de hidrógeno, helio y electrones, que

diferentes escalas y en tipos de objetos extremadamente variados. Los datos del observatorio de rayos X Chandra de la NASA sobre las estrellas que han explotado, por ejemplo, revelan nubes de gas ricas en elementos como el oxígeno, el silicio, el azufre, el calcio y el hierro, y rastrean la velocidad a la que

Los astrónomos creen que el remanente de supernova G292.0+1.8, uno de los tres únicos en la Vía Láctea de los que se sabe que son ricos en oxígeno, se formó por el colapso y la explosión de una estrella masiva. Las supernovas son de gran interés porque son una fuente primaria de los elementos pesados que se cree que son necesarios para formar planetas y vida.

El oxígeno es el elemento más abundante en el cuerpo humano (alrededor del 65% en masa), el calcio ayuda a formar y mantener los huesos y dientes sanos, y el hierro es una parte vital de los glóbulos rojos que transportan el oxígeno por el cuerpo. Todo el oxígeno del Sistema Solar procede de la explosión de estrellas masivas. Aproximadamente la mitad del calcio y el 40% del hierro también proceden de estas explosiones, y el resto de estos elementos son suministrados por explosiones de estrellas enanas blancas de menor masa.

Los elementos más comunes que componen una estrella son el hidrógeno, el helio y el azufre

Aproximadamente el 73% de la masa del universo visible está en forma de hidrógeno. El helio constituye alrededor del 25% de la masa, y todo lo demás representa sólo el 2%. Aunque la abundancia de estos elementos más masivos («pesados», A > 4) parece bastante baja, es importante recordar que la mayoría de los átomos de nuestros cuerpos y de la Tierra forman parte de esta pequeña porción de la materia del universo. Los elementos de baja masa, el hidrógeno y el helio, se produjeron en las condiciones calientes y densas del nacimiento del propio universo. El nacimiento, la vida y la muerte de una estrella se describen en términos de reacciones nucleares. Los elementos químicos que componen la materia que observamos en todo el universo se crearon en estas reacciones.

Hace aproximadamente 15.000 millones de años el universo comenzó como una región extremadamente caliente y densa de energía radiante, el Big Bang. Inmediatamente después de su formación, comenzó a expandirse y a enfriarse. La energía radiante produjo quarks-antiquarks y electrones-positrones, así como otros pares partícula-antipartícula. Sin embargo, al colisionar las partículas y antipartículas en el gas de alta energía, se aniquilaban de nuevo en energía electromagnética. A medida que el universo se expandía, la energía media de la radiación se reducía. La creación y aniquilación de partículas continuó hasta que la temperatura se enfrió lo suficiente como para que la creación de pares dejara de ser energéticamente posible.

Cinco elementos del universo

La abundancia de los elementos químicos es una medida de la presencia de los elementos químicos en relación con todos los demás elementos en un entorno determinado. La abundancia se mide de tres maneras: por la fracción de masa (lo mismo que la fracción de peso); por la fracción molar (fracción de átomos por conteo numérico, o a veces fracción de moléculas en los gases); o por la fracción de volumen. La fracción de volumen es una medida de abundancia común en los gases mezclados, como las atmósferas planetarias, y tiene un valor similar a la fracción molar molecular para las mezclas de gases a densidades y presiones relativamente bajas, y las mezclas de gases ideales. La mayoría de los valores de abundancia en este artículo se dan como fracciones de masa.

Por ejemplo, la abundancia de oxígeno en el agua pura puede medirse de dos maneras: la fracción de masa es aproximadamente el 89%, porque esa es la fracción de la masa del agua que es oxígeno. Sin embargo, la fracción molar es de aproximadamente el 33% porque sólo 1 átomo de los 3 que hay en el agua, H2O, es oxígeno. Otro ejemplo es la abundancia de la fracción de masa del hidrógeno y del helio en el Universo en su conjunto y en las atmósferas de los planetas gigantes gaseosos como Júpiter, que es del 74% para el hidrógeno y del 23-25% para el helio, mientras que la fracción molar (atómica) del hidrógeno es del 92% y la del helio del 8% en estos entornos. Si se cambia el entorno dado a la atmósfera exterior de Júpiter, donde el hidrógeno es diatómico mientras que el helio no lo es, la fracción molar molecular (fracción de las moléculas totales del gas), así como la fracción de la atmósfera en volumen, cambian a cerca del 86% del hidrógeno y al 13% del helio[Nota 1].

Elemento más abundante universo

«El universo experimentó cambios muy interesantes, en los que, de repente, la tabla periódica -el número total de elementos en el universo- cambió mucho», explica Jennifer Johnson, profesora de astronomía de la Universidad Estatal de Ohio y autora del artículo.

«Durante 100 millones de años después del Big Bang, sólo había hidrógeno, helio y litio. Y luego empezamos a tener carbono y oxígeno y cosas realmente importantes. Y ahora, estamos como en los días de gloria de poblar la tabla periódica».

La tabla periódica ha ayudado a los humanos a comprender los elementos del universo desde la década de 1860, cuando un químico ruso, Dimitri Mendeleev, reconoció que ciertos elementos se comportaban químicamente de la misma manera y los organizó en una tabla: la tabla periódica.

Pero, como los científicos saben desde hace tiempo, la tabla periódica está hecha de polvo de estrellas: La mayoría de los elementos de la tabla periódica, desde el hidrógeno más ligero hasta los elementos más pesados como el lawrencio, comenzaron en las estrellas.

La tabla ha crecido a medida que se han ido descubriendo nuevos elementos -o, en el caso de los elementos sintéticos, se han creado en laboratorios de todo el mundo-, pero los fundamentos de la comprensión de Mendeléyev sobre el peso atómico y los componentes básicos del universo se han mantenido.