Hvor mange kemiske elementer er der?

Et kemisk element er en type atom, som brint eller ilt. Fra 2011 var der observeret 118 elementer, hvoraf 98 af disse forekommer naturligt på Jorden. 20 elementer er kunstigt oprettet i nukleare reaktorer eller partikelacceleratoreksperimenter. Det første syntetiske element, der blev skabt i betydelige mængder, var plutonium, element 94. Plutonium er også det tungeste atom, der findes naturligt på Jorden. Med en halveringstid på kun 80 millioner år forekommer plutonium i ekstremt små mængder i uranmalm.

I dag kemiske elementer kommer fra en af ​​tre kilder: supernova nucleosynthesis, stellar nucleosynthesis og Big Bang nucleosynthesis. Nukleosyntesen opstår, når atomkerner presses sammen så tæt og ved så høj varme, at de overvinder den gensidige frastødelse af deres elektronskaller og producerer tungere kerner. På denne måde kan brintkerner smeltes sammen til heliumkerner, som igen kan smelte sammen til kulstofkerner, hvis betingelser med tilstrækkelig temperatur og tryk nås.

I begyndelsen var universet så varmt og tæt, at det bestod af intet andet end frie kvarker - bestanddele af protoner og neutroner - elektroner og stråling. Efter en milliondel af et sekund begyndte kvarker at smelte sammen til baryoner: protoner og neutroner. I de første tyve minutter efter Big Bang oversteg universets temperatur temperaturen i midten af ​​de lyseste stjerner med en densitet større end luft. I denne periode kolliderede protoner og neutroner energisk for at danne større kerner: deuterium og to isotoper af helium. 25 procent af alt stoffet i universet blev omdannet til helium med ca. 75 procent brint sammen med spormængder af tungere elementer såsom lithium. Dette svarer til det aktuelle dages forhold mellem kemiske elementer.

De første stjerner dannede omkring 300 millioner år efter Big Bang og indledte en anden form for nukleosyntesen kaldet stellar nucleosynthesis. I stjernernes nukleosyntese gennemgår kraftigt komprimeret stof i midten af ​​en stjerne kernefusion, frigiver store mængder energi og afbalancerer tyngdekraften, der virker for at kollapse stjernen. Dette kan betragtes som en kontinuerlig eksploderende H-bombe. Elementer op til jern på det periodiske system dannes ved stjernernes nukleosyntesen.

For at skabe et element, der er tungere end jern, kræves en anden type nucleosythesis, supernova nucleosynthesis. Supernovae forekommer, når stjerner kollapser katastrofalt efter at have forbruget al deres kernebrændstof i deres kerner. Stjernens atmosfæriske konvolut kollapser indad på grund af tyngdekraften og spretter fra en kerne lavet af næsten ukomprimeret "elektron-degenereret" stof. Under dette pludselige opspring smeltes næsten øjeblikkeligt flere procent af stjernens materiale til tyngre elementer. Dette frigiver nok energi til, at supernovaen kan overskue sin værtsgalakse i dage eller uger. Elementer, der er tungere end jern, syntetiseres under denne utroligt energiske kosmiske begivenhed.