Ile jest pierwiastków chemicznych?
Pierwiastek chemiczny jest rodzajem atomu, takim jak wodór lub tlen. W 2011 r. Zaobserwowano 118 elementów, z których 98 występuje naturalnie na Ziemi. 20 elementów jest sztucznie wytwarzanych w reaktorach jądrowych lub eksperymentach z akceleratorem cząstek. Pierwszym pierwiastkiem syntetycznym wytworzonym w znacznych ilościach był pluton, pierwiastek 94. Pluton jest także najcięższym atomem występującym naturalnie na Ziemi. Przy okresie półtrwania wynoszącym zaledwie 80 milionów lat pluton występuje w niezwykle małych ilościach w rudach uranu.
Współczesne pierwiastki chemiczne pochodzą z jednego z trzech źródeł: nukleosyntezy supernowej, nukleosyntezy gwiezdnej i nukleosyntezy Wielkiego Wybuchu. Nukleosynteza zachodzi, gdy jądra atomowe są dociskane do siebie tak ściśle i przy tak wysokiej temperaturze, że pokonują wzajemne odpychanie się ich powłok elektronowych i wytwarzają cięższe jądra. W ten sposób jądra wodoru można stopić w jądra helu, które z kolei mogą się stopić w jądra węgla, jeśli zostaną spełnione warunki o wystarczającej temperaturze i ciśnieniu.
Na początku wszechświat był tak gorący i gęsty, że składał się wyłącznie z wolnych kwarków - składników protonów i neutronów - elektronów i promieniowania. Po milionowej części kwarki zaczęły się łączyć w bariony: protony i neutrony. Przez pierwsze dwadzieścia minut po Wielkim Wybuchu temperatura wszechświata przekraczała temperaturę w centrum najjaśniejszych gwiazd o gęstości większej niż powietrze. W tym okresie protony i neutrony zderzyły się energetycznie, tworząc większe jądra: deuter i dwa izotopy helu. 25 procent całej materii we wszechświecie zostało przekształcone w hel, z około 75 procentami wodoru, oraz śladowymi ilościami cięższych pierwiastków, takich jak lit. Jest to podobne do obecnego stosunku pierwiastków chemicznych.
Pierwsze gwiazdy powstały około 300 milionów lat po Wielkim Wybuchu, inicjując inną formę nukleosyntezy zwaną nukleosyntezą gwiazd. W nukleosyntezie gwiazdowej silnie zagęszczona materia w centrum gwiazdy ulega fuzji jądrowej, uwalniając duże ilości energii i równoważąc siły grawitacji działające na zapadnięcie się gwiazdy. Można to uznać za ciągle wybuchającą bombę H. Pierwiastki aż do żelaza na układzie okresowym powstają w gwiezdnej nukleosyntezie.
Aby stworzyć pierwiastek cięższy niż żelazo, potrzebny jest inny rodzaj nukleosyntezy, nukleosynteza supernowej. Supernowe pojawiają się, gdy gwiazdy zapadają się katastrofalnie po zużyciu całego paliwa jądrowego w rdzeniach. Atmosferyczna otoczka gwiazdy zapada się do wewnątrz pod wpływem grawitacji, odbijając się od rdzenia wykonanego z prawie nieściśliwej materii „zdegenerowanej elektronowo”. Podczas tego nagłego odbicia kilka procent materiału gwiazdy niemal natychmiast wtapia się w cięższe elementy. To uwalnia wystarczająco dużo energii, aby supernowa przyćmiła galaktykę gospodarza przez kilka dni lub tygodni. Elementy cięższe od żelaza są syntetyzowane podczas tego niezwykle energetycznego kosmicznego wydarzenia.