Quanti elementi chimici ci sono?
Un elemento chimico è un tipo di atomo, come idrogeno o ossigeno. A partire dal 2011, erano stati osservati 118 elementi, con 98 di questi che si verificano naturalmente sulla Terra. 20 elementi sono creati artificialmente negli esperimenti di reattori nucleari o acceleratori di particelle. Il primo elemento sintetico da creare in quantità sostanziali era il plutonio, l'elemento 94. Il plutonio è anche l'atomo più pesante trovato naturalmente sulla Terra. Con un'emivita di soli 80 milioni di anni, il plutonio si verifica in quantità estremamente ridotte nei minerali di uranio.
Gli elementi chimici attuali provengono da una delle tre fonti: nucleosintesi della supernova, nucleosintesi stellare e nucleosintesi del big bang. La nucleosintesi si verifica quando i nuclei atomici vengono premuti così da vicino e a un calore così alto da superare la reciproca repulsione dei loro gusci di elettroni e producono nuclei più pesanti. In questo modo, i nuclei di idrogeno possono essere fusi in nuclei di elio, che possono a sua volta fusibili nei nuclei di carbonio, se condizioni di temperamento sufficientesi raggiungono l'ature e la pressione.
All'inizio, l'universo era così caldo e denso che consisteva altro che quark liberi - i componenti di protoni e neutroni - elettroni e radiazioni. Dopo un milionesimo di secondo, Quarks iniziò a fondersi in barili: protoni e neutroni. Per i primi venti minuti dopo il Big Bang, la temperatura dell'universo ha superato quella al centro delle stelle più luminose, con una densità maggiore dell'aria. Durante questo periodo, protoni e neutroni si sono scontrati energicamente per formare nuclei più grandi: deuterio e due isotopi di elio. Il 25 percento di tutta la questione nell'universo è stato convertito in elio, con circa il 75 % di idrogeno, insieme a tracce di elementi più pesanti come il litio. Questo è simile al rapporto attuale degli elementi chimici.
Le prime stelle si sono formate circa 300 milioni di anni dopo il Big Bang, inItiatura di un'altra forma di nucleosintesi chiamata nucleosintesi stellare. Nella nucleosintesi stellare, la materia notevolmente compatta al centro di una stella subisce fusione nucleare, rilasciando grandi quantità di energia e bilanciando le forze della gravità che agiscono per crollare la stella. Questo può essere pensato come una bomba H che esplode continuamente. Gli elementi fino al ferro sulla tavola periodica sono formati nella nucleosintesi stellare.
Per creare un elemento più pesante del ferro richiede un altro tipo di nucleositesi, nucleosintesi della supernova. Le supernova si verificano quando le stelle crollano catastroficamente dopo aver consumato tutto il loro combustibile nucleare nei loro nuclei. L'involucro atmosferico della stella collassa verso l'interno a causa della gravità, rimbalzando su un nucleo fatto di materia "degenerata" quasi incomprimibile. Durante questo improvviso rimbalzo, diversi percento del materiale della stella vengono fusi in elementi più pesanti quasi istantaneamente. Questo rilascia abbastanza energia affinché la supernova supera il suo ospite Galaxy per giorni o settimane. Gli elementi più pesanti del ferro sono sintetizzati durante questo evento cosmico incredibilmente energico.