¿Cuántos elementos químicos hay?
Un elemento químico es un tipo de átomo, como hidrógeno u oxígeno. A partir de 2011, se habían observado 118 elementos, de los cuales 98 se produjeron naturalmente en la Tierra. 20 elementos se crean artificialmente en reactores nucleares o experimentos de aceleración de partículas. El primer elemento sintético que se creó en cantidades sustanciales fue el plutonio, elemento 94. El plutonio es también el átomo más pesado que se encuentra naturalmente en la Tierra. Con una vida media de solo 80 millones de años, el plutonio se produce en cantidades extremadamente pequeñas en los minerales de uranio.
Los elementos químicos actuales provienen de una de tres fuentes: nucleosíntesis de supernova, nucleosíntesis estelar y nucleosíntesis de Big Bang. La nucleosíntesis ocurre cuando los núcleos atómicos se presionan tan estrechamente y a un calor tan alto que superan la repulsión mutua de sus capas de electrones y producen núcleos más pesados. De esta manera, los núcleos de hidrógeno pueden fusionarse en núcleos de helio, que a su vez pueden fusionarse en núcleos de carbono, si se alcanzan condiciones de temperatura y presión suficientes.
Al principio, el universo era tan cálido y denso que consistía en nada más que quarks libres, los componentes de protones y neutrones, electrones y radiación. Después de una millonésima de segundo, los quarks comenzaron a fusionarse en bariones: protones y neutrones. Durante los primeros veinte minutos después del Big Bang, la temperatura del universo superó la del centro de las estrellas más brillantes, con una densidad mayor que el aire. Durante este período, los protones y los neutrones colisionaron enérgicamente para formar núcleos más grandes: deuterio y dos isótopos de helio. El 25 por ciento de toda la materia en el universo se convirtió en helio, con aproximadamente el 75 por ciento de hidrógeno, junto con pequeñas cantidades de elementos más pesados como el litio. Esto es similar a la proporción actual de elementos químicos.
Las primeras estrellas se formaron unos 300 millones de años después del Big Bang, iniciando otra forma de nucleosíntesis llamada nucleosíntesis estelar. En la nucleosíntesis estelar, la materia muy compactada en el centro de una estrella sufre una fusión nuclear, liberando grandes cantidades de energía y equilibrando las fuerzas de gravedad que actúan para colapsar la estrella. Esto puede considerarse como una bomba H que explota continuamente. Los elementos hasta el hierro en la tabla periódica se forman en la nucleosíntesis estelar.
Para crear un elemento más pesado que el hierro se requiere otro tipo de nucleosíntesis, la nucleosíntesis de supernova. Las supernovas ocurren cuando las estrellas colapsan catastróficamente después de consumir todo su combustible nuclear en sus núcleos. La envoltura atmosférica de la estrella se derrumba hacia adentro debido a la gravedad, rebotando en un núcleo hecho de materia "degenerada de electrones" casi incompresible. Durante este brusco rebote, varios porcentajes del material de la estrella se fusionan en elementos más pesados casi instantáneamente. Esto libera suficiente energía para que la supernova eclipse a su galaxia anfitriona durante días o semanas. Los elementos más pesados que el hierro se sintetizan durante este evento cósmico increíblemente energético.