Сколько там химических элементов?

Химический элемент - это такой тип атома, как водород или кислород. По состоянию на 2011 год наблюдалось 118 элементов, причем 98 из них встречаются на Земле естественным образом. 20 элементов искусственно созданы в ядерных реакторах или в экспериментах по ускорению частиц. Первым синтетическим элементом, который был создан в значительных количествах, был плутоний, элемент 94. Плутоний также является самым тяжелым атомом, найденным в природе на Земле. С периодом полураспада всего 80 миллионов лет, плутоний встречается в очень небольших количествах в урановых рудах.

Современные химические элементы происходят из одного из трех источников: нуклеосинтеза сверхновых, звездного нуклеосинтеза и нуклеосинтеза Большого взрыва. Нуклеосинтез происходит, когда атомные ядра прижаты друг к другу так близко и при такой высокой температуре, что они преодолевают взаимное отталкивание своих электронных оболочек и производят более тяжелые ядра. Таким образом, ядра водорода могут быть слиты с ядрами гелия, которые, в свою очередь, могут слиться с ядрами углерода, если будут достигнуты условия достаточной температуры и давления.

В начале Вселенная была настолько горячей и плотной, что в ней не было ничего, кроме свободных кварков - составляющих протонов и нейтронов - электронов и излучения. Через миллионную долю секунды кварки начали сливаться в барионы: протоны и нейтроны. В течение первых двадцати минут после Большого взрыва температура Вселенной превышала температуру в центре самых ярких звезд с плотностью, превышающей воздух. В течение этого периода протоны и нейтроны энергично сталкивались, образуя более крупные ядра: дейтерий и два изотопа гелия. 25 процентов всего вещества во вселенной было преобразовано в гелий, с около 75 процентами водорода, наряду со следовыми количествами более тяжелых элементов, таких как литий. Это похоже на современное соотношение химических элементов.

Первые звезды образовались примерно через 300 миллионов лет после Большого взрыва, инициировав другую форму нуклеосинтеза, называемую звездный нуклеосинтез. При звездном нуклеосинтезе сильно уплотненное вещество в центре звезды подвергается ядерному синтезу, высвобождая большое количество энергии и уравновешивая силы гравитации, действующие на коллапс звезды. Это можно представить как постоянно взрывную водородную бомбу. Элементы до железа в периодической таблице формируются в результате звездного нуклеосинтеза.

Для создания элемента, который тяжелее железа, требуется другой тип нуклеосинтеза - нуклеосинтез сверхновой. Сверхновые возникают, когда звезды катастрофически коллапсируют после того, как все их ядерное топливо попало в их ядра. Атмосферная оболочка звезды коллапсирует внутрь под действием силы тяжести, отскакивая от ядра, сделанного из почти несжимаемой "вырожденной электроном" материи. Во время этого резкого скачка несколько процентов материала звезды почти мгновенно сливаются в более тяжелые элементы. Это высвобождает достаточно энергии для сверхновой, чтобы затмить свою галактику на несколько дней или недель. Элементы, более тяжелые, чем железо, синтезируются во время этого невероятно энергичного космического события.