Combien y a-t-il d'éléments chimiques?
Un élément chimique est un type d'atome, comme l'hydrogène ou l'oxygène. En 2011, 118 éléments avaient été observés, dont 98 se produisant naturellement sur Terre. 20 éléments sont créés artificiellement dans des réacteurs nucléaires ou des expériences avec accélérateurs de particules. Le plutonium, élément 94, a été le premier élément synthétique à avoir été créé. Le plutonium est également l'atome le plus lourd que l'on trouve naturellement sur Terre. Avec une demi-vie de seulement 80 millions d'années, le plutonium est présent en très petite quantité dans les minerais d'uranium.
Les éléments chimiques actuels proviennent d’une des trois sources suivantes: la nucléosynthèse de la supernova, la nucléosynthèse stellaire et la nucléosynthèse du Big Bang. La nucléosynthèse se produit lorsque les noyaux des atomes sont pressés ensemble si étroitement et à une chaleur telle qu'ils surmontent la répulsion mutuelle de leurs couches d'électrons et produisent des noyaux plus lourds. De cette manière, les noyaux d'hydrogène peuvent être fusionnés en des noyaux d'hélium, qui peuvent à leur tour fusionner en des noyaux de carbone si des conditions de température et de pression suffisantes sont atteintes.
Au début, l'univers était si chaud et si dense qu'il ne comprenait que des quarks libres - les constituants des protons et des neutrons - des électrons et des rayonnements. Après un millionième de seconde, les quarks ont commencé à se fondre en baryons: protons et neutrons. Pendant les vingt premières minutes qui ont suivi le Big Bang, la température de l’univers a dépassé celle du centre des étoiles les plus brillantes, avec une densité supérieure à celle de l’air. Pendant cette période, les protons et les neutrons se sont affrontés énergiquement pour former des noyaux plus grands: le deutérium et deux isotopes de l'hélium. 25% de toute la matière de l'univers ont été convertis en hélium, avec environ 75% d'hydrogène, ainsi que des traces d'éléments plus lourds tels que le lithium. Ceci est similaire au rapport jour / jour des éléments chimiques.
Les premières étoiles se sont formées environ 300 millions d'années après le Big Bang, initiant une autre forme de nucléosynthèse appelée nucléosynthèse stellaire. Dans la nucléosynthèse stellaire, la matière fortement compactée au centre d'une étoile subit une fusion nucléaire, libérant de grandes quantités d'énergie et équilibrant les forces de gravité agissant pour effondrer l'étoile. Cela peut être considéré comme une bombe H en pleine explosion. Les éléments jusqu’au fer sur la table périodique sont formés dans la nucléosynthèse stellaire.
Créer un élément plus lourd que le fer nécessite un autre type de nucléosythèse, la nucléosynthèse de la supernova. Les supernovae se produisent lorsque les étoiles s’effondrent de manière catastrophique après avoir consommé tout leur combustible nucléaire dans leur cœur. L'enveloppe atmosphérique de l'étoile s'effondre sous l'effet de la gravité, rebondissant sur un noyau constitué d'une matière "dégénérée en électrons" presque incompressible. Pendant ce rebond brusque, plusieurs pour cent du matériau de l'étoile est fondu en éléments plus lourds presque instantanément. Cela libère suffisamment d'énergie pour que la supernova surpasse sa galaxie hôte pendant des jours ou des semaines. Les éléments plus lourds que le fer sont synthétisés au cours de cet événement cosmique incroyablement énergique.