La caldera de creación de los elementos químicos

Juan Antonio Barrios Vidal »

En el estudio de la química muchas veces eludimos sin querer el origen de los elementos que forman parte de la materia. Para comprender mejor el origen de estos elementos, es necesario recurrir a la acción combinada de numerosas ramas de la ciencia, para este caso, es necesaria reunir a la química con la física y estas dos con la astronomía.

El comienzo (Astronomía)

Los elementos químicos que existen estables en la naturaleza, tienen un lugar de origen común a todos ellos, el núcleo de las estrellas. Todos ellos se van creando según van pasando las diferentes etapas de vida de las estrellas y también en función del tipo de estrella que se trate. Una vez que ha llegado el fin de la vida de una estrella, o cuando ha consumido todo su combustible nuclear, esta colapsa en una gran explosión, expulsando a gran velocidad una gran cantidad de elementos “sembrándolos” por todo el universo.

Todos los elementos son creados en el centro de las estrellas excepto dos, el Hidrógeno y el Helio que se crearon en los pocos instantes de vida del universo.

En ese momento, el universo, en un proceso rápido de inflación y enfriamiento ayudó a que estos dos elementos, sobre todo el más abundante el hidrógeno, fuesen atrayéndose mutuamente formando zonas en el universo más densas que otras –cúmulos galácticos-. Estos a su vez y por acción de la gravedad, fueron comprimiéndose cada vez más, hasta formar una masa tan densa y caliente que crea un plasma, es decir, una mezcla de protones de hidrógeno y electrones a gran presión y muy altas temperaturas.

La combinación de energía gravitacional de la estrella en nacimiento, más el plasma del núcleo, la presión y temperatura da las condiciones ideales para “encender” la estrella, esto es producir la primera reacción nuclear para crear a partir de la sopa de protones y electrones dar He4 más una gran cantidad de energía. Con independencia del proceso implicado, una vez que ha empezado la fusión del hidrógeno en el núcleo de la estrella, lo que básicamente ocurre es que el hidrógeno es convertido en helio y se genera gran cantidad de energía.

La caldera (Química)

Esta reacción la llamamos fusión nuclear del sol, que además de producir energía mantiene estable toda la estrella durante mucho tiempo; en algunas estrellas, miles de millones de años, como nuestro sol.

Los núcleos de helio, que son más masivos, se van acumulando en el centro de la estrella por gravedad. A medida que estos se mueven hacia el centro de la estrella, la temperatura y la densidad se eleva en esa zona; en el núcleo de la estrella. Si la temperatura llega a alcanzar los 100,000,000 ºC, la fusión del helio comienza.

La fusión del helio genera un núcleo de carbono a través de una serie de reacciones denominadas proceso triple alpha. Conforme el paso de los años ese He creado se acumula en el interior de la estrella, produciendo uniones deátomos de He para dar Be y ¹²C. Un tercer y cuarto elemento nuevo. Ya van apareciendo los elementos más comunes con la materia.

Si la estrella es lo suficientemente grande, eventualmente se puede alcanzar el punto de ignición del carbono, y después van apareciendo el azufre, el cloro y el calcio. Todos estos elementos tienen un número de protones y neutrones múltiplos de cuatro, ya que provienen de la combinación de núcleos de ²He que se fusionaría para producir núcleos de neón, y sucesivamente se producirá la cadena Ne- O- Si- Ni, éste último desintegrándose radiactivamente en hierro.

Punto de no retorno: el hierro (Física)

Cuando empieza a aparecer Fe este se concentra en el centro de la estrella, pero en está ocasión en vez de desprenderse energía, está empieza a absorber energía debido a que el átomo del Fe es más estable que los anteriores tipos de elementos. A partir de aquí, el final de la estrella está más cerca. Al no producirse una reacción nuclear estable en el núcleo de la estrella, esta se desploma sobre sí misma y rebota sobre el núcleo desplazando todas las capas de la estrella al exterior de forma violenta; en forma de lo que se conoce como Nova o Supernova. Los elementos químicos más pesados que el hierro se producen en estos escenarios estelares.

Estas ‘explosiones’ de estrellas se caracterizan por producir una gran cantidad de neutrones, que, al ser capturados por los núcleos de elementos ligeros, se transforman en núcleos de elementos más pesados. A este mecanismo de producción de núcleos pesados por captura de neutrones se le conoce con el nombre de ‘proceso r’, formándose elementos más pesados que el hierro.

Una nueva teoría, coloca el origen de elementos más pesados al hierro, en fenómenos que ocurren en las estrellas de neutrones. Una estrella de neutrones es el residuo que dejan algunas estrellas de gran masa una vez explotan en forma de supernova. Unas simulaciones numéricas realizadas por científicos del Max Planck han verificado que la materia eyectada en procesos en los que están involucrados estos cuerpos producen las colisiones nucleares violentas necesarias como para producir núcleos pesados y generar los elementos más pesados que el hierro.

Referencias

• energia-nuclear.net/como_funciona/fusion_nuclear.html
• neofronteras.com/?p=3590
• http://www.mpg.de/4413949/Kosmische_Kollisionen_schmieden_Gold?filter_order=L