El origen de los elementos químicos

La teoría más aceptada, hoy en día, para explicar el origen del Universo es la del “Big Bang” o la Gran Explosión. Ésta postula que hace diez mil o veinte mil millones de años, toda la materia y energía presente, incluyendo el espacio que ellas llenan, se concentró en un volumen muy pequeño y por tanto de una densidad e inestabilidad muy grande. Al ocurrir la inmensa explosión, todo comenzó aexpandirse en un proceso que aún no ha cesado.

En el Universo primitivo se formó hidrógeno y helio, a partir de las partículas elementales que existían o se formaban como producto de la explosión primigenia. Sin embargo, el resto de los elementos no podían conformarse en tales condiciones, pues sus núcleos atómicos se disociarían a tan altas energías. A medida que ocurría la expansión del Universo, las temperaturas fueron disminuyendo y, con el tiempo, las estrellas se convirtieron en las fábricas naturales de elementos. Ello tiene lógica: para que dos núcleos atómicos se fusionen es necesario vencer la fuerza eléctrica de repulsión de estas partículas, de tal manera que puedan acercarse a una distancia que les permita atraerse mediante la denominada “fuerza nuclear fuerte”.

En sucesivas fusiones nucleares se van conformando los núcleos de elementos cada vez más pesados, hasta llegar al isótopo más estable del hierro que es el 56. Por ser éste el núcleo más estable, a partir de allí ya no es posible continuar la fusión de núcleos, por lo que entra en vigencia una vía energéticamente menos exigente: la captura de neutrones que, al no tener carga eléctrica, pueden penetrar en los núcleos sin ser repelidos. Luego este núcleo emite radiación beta, dando origen a un nuevo elemento.

La capacidad que tienen las estrellas para producir determinados elementos químicos depende de sus masas, que pueden ir desde 0,1 hasta 100 veces la masa del Sol. De esta forma, la enorme fuerza gravitacional de estos cuerpos estelares propiciará el proceso.

Partículas

pesadas

Quark

Antiquark

Electrón

Positrón

Protón

Interesante

Las estrellas mucho más pesadas que el Sol pueden convertirse en supergigantes. Algunas de ellas explotan dando lugar al fenómeno llamado Supernova, lo que contribuye tanto a la síntesis de nuevos elementos, como a su dispersión en otras regiones del Universo.

Un fenómeno interesante ocurre cuando las partículas constituyentes de los rayos cósmicos colisionan en el espacio exterior, fuera de las estrellas, produciendo fragmentos más pequeños. Estas reacciones nucleares permiten explicar la formación de los elementos livianos: litio, berilio y boro, debido a que los procesos de fusión tienen una barrera energética muy difícil de salvar para producirlos por esa vía.

Todo lo anterior podemos resumirlo con palabras de Carl Sagan: “Hemos empezado a contemplar nuestros orígenes: sustancia estelar que medita sobre las estrellas... Debemos nuestra obligación de sobrevivir no sólo a nosotros sino también a este Cosmos, antiguo y vasto, del cual procedemos”.

El hidrógeno es un elemento químico representado por el símbolo H y con un número atómico de 1. En condiciones normales de presión y temperatura, es un gas diatómico (H₂) incoloro, inodoro, insípido, no metálico y altamente inflamable. Con una masa atómica de 1,00794(7) u, el hidrógeno es el elemento químico más ligero y es, también, el elemento más abundante, constituyendo aproximadamente el 75% de la materia visible del universo.^[1]

En su ciclo principal, las estrellas están compuestas por hidrógeno en estado de plasma. El hidrógeno elemental es muy escaso en la Tierra y es producido industrialmente a partir de hidrocarburos como, por ejemplo, el metano. La mayor parte del hidrógeno elemental se obtiene "in situ", es decir, en el lugar y en el momento en el que se necesita. El hidrógeno puede obtenerse a partir del agua por un proceso de electrólisis, pero resulta un método mucho más caro que la obtención a partir del gas natural.

Sus principales aplicaciones industriales son el refinado de combustibles fósiles (por ejemplo, el hidrocracking) y la producción de amoníaco (usado principalmente para fertilizantes).

El isótopo del hidrógeno más común en la naturaleza, conocido como protio (término muy poco usado), tiene un solo protón y ningún neutrón. En los compuestos iónicos, el hidrógeno puede adquirir carga positiva (convirtiéndose en un catión llamado hidrón, H⁺, compuesto únicamente por un protón, a veces acompañado de algún neutrón); o carga negativa (convirtiéndose en un anión conocido como hidruro, H^-).

El hidrógeno puede formar compuestos con la mayoría de los elementos y está presente en el agua y en la mayoría de los compuestos orgánicos. Desempeña un papel particularmente importante en la química ácido - base, en la que muchas reacciones conllevan el intercambio de protones (iones hidrógeno, H⁺) entre moléculas solubles. Puesto que es el único átomo neutro para el cual la ecuación de Schrödinger puede ser resuelta analíticamente, el estudio de la energía y del enlace del átomo de hidrógeno ha sido fundamental para el desarrollo de la mecánica cuántica.