Quantos elementos químicos existem?
Um elemento químico é um tipo de átomo, como hidrogênio ou oxigênio. A partir de 2011, 118 elementos haviam sido observados, dos quais 98 ocorreram naturalmente na Terra. 20 elementos são criados artificialmente em reatores nucleares ou em experimentos com aceleradores de partículas. O primeiro elemento sintético a ser criado em quantidades substanciais foi o plutônio, elemento 94. O plutônio também é o átomo mais pesado encontrado naturalmente na Terra. Com meia-vida de apenas 80 milhões de anos, o plutônio ocorre em quantidades extremamente pequenas nos minérios de urânio.
Os elementos químicos atuais vêm de uma de três fontes: nucleossíntese de supernova, nucleossíntese estelar e nucleossíntese do Big Bang. A nucleossíntese ocorre quando os núcleos atômicos são pressionados juntos tão intimamente e em um calor tão alto que superam a repulsão mútua de suas invólucros de elétrons e produzem núcleos mais pesados. Dessa maneira, os núcleos de hidrogênio podem ser fundidos em núcleos de hélio, que por sua vez podem se fundir em núcleos de carbono, se forem atingidas condições de temperatura e pressão suficientes.
No começo, o universo era tão quente e denso que consistia em nada além de quarks livres - os constituintes de prótons e nêutrons - elétrons e radiação. Após um milionésimo de segundo, os quarks começaram a se fundir em bárions: prótons e nêutrons. Nos primeiros vinte minutos após o Big Bang, a temperatura do universo excedeu a temperatura no centro das estrelas mais brilhantes, com uma densidade maior que o ar. Durante esse período, prótons e nêutrons colidiram energicamente para formar núcleos maiores: deutério e dois isótopos de hélio. 25% de toda a matéria do universo foi convertida em hélio, com cerca de 75% de hidrogênio, juntamente com vestígios de elementos mais pesados, como o lítio. É semelhante à proporção atual de elementos químicos.
As primeiras estrelas se formaram cerca de 300 milhões de anos após o Big Bang, iniciando outra forma de nucleossíntese chamada nucleossíntese estelar. Na nucleossíntese estelar, a matéria compactada no centro de uma estrela sofre fusão nuclear, liberando grandes quantidades de energia e equilibrando as forças da gravidade que agem para colapsar a estrela. Isso pode ser pensado como uma bomba H em explosão contínua. Elementos até ferro na tabela periódica são formados na nucleossíntese estelar.
Para criar um elemento mais pesado que o ferro, é necessário outro tipo de nucleossítese, a nucleossíntese da supernova. As supernovas ocorrem quando as estrelas colapsam catastroficamente depois de consumir todo o combustível nuclear em seus núcleos. O envelope atmosférico da estrela entra em colapso devido à gravidade, ricocheteando em um núcleo feito de matéria "degenerada de elétrons" quase incompressível. Durante esse salto abrupto, vários por cento do material da estrela são fundidos em elementos mais pesados quase instantaneamente. Isso libera energia suficiente para a supernova ofuscar sua galáxia hospedeira por dias ou semanas. Elementos mais pesados que o ferro são sintetizados durante esse evento cósmico incrivelmente energético.