LOS
ELEMENTOS NATURALES DEL PLANETA TIERRA Y LOS ELEMENTOS ARTIFICALES
RESOLVER:
INVESTIGAR USANDO LA TABLA PERIÓDICA MÁS RECIENTE
ORIGEN DE LOS
ELEMENTOS
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En
la tierra se conocen actualmente 112 elementos, de los cuales 90 comprendidos
entre el hidrógeno y el uranio son elementos naturales, pero existen el
promecio y el tecnecio que no son naturales, y los demás se obtienen por
reacciones nucleares.
El
origen del universo nos da respuesta a las preguntas de porqué solo existen 90
elementos naturales y la abundancia de ellos. La teoría más seguida sobre la
formación del universo es la del Big-Bang que se basa en un principio donde
toda la materia del universo estaba contenida en un núcleo primitivo con una
densidad de aproximado 1096 g/cm3 y una temperatura aproximada a 1032 K, se
supone que este núcleo explosionó y distribuyó materia y radiación
uniformemente a través del espacio. Se produjo así el principio de expansión
del universo que al ir expandiendo se enfrió, lo que permitió la formación de
las primeras partículas llamadas quarks, y se diferenciaban ya las cuatro
fuerzas principales: gravitacional, electromagnética, nuclear fuerte y débil.
Transcurrido
un tiempo de aproximadamente 6•10-6 s desde el Big-Bang se cree que la
temperatura era de ≈1,4•1012 K, los quarks en estas condiciones interaccionan
entre sí y forman protones, neutrones y después se estabilizan los electrones.
Sigue
corriendo el tiempo y en un segundo, después de un periodo de extensas
aniquilaciones partícula – antipartícula, se forman los fotones
electromagnéticos.
A
continuación las fuertes fuerzas nucleares hicieron que una gran cantidad de
neutrones y de protones se combinaran para dar núcleos de Deuterio (n + p) y de
Helio (2n+ 2p).
Durante
un tiempo comprendido entre 10 y 500 s, el universo se comporta como un colosal
reactor nuclear de fusión, y va a convertir el H en He, la temperatura antes de
esto era tan alta que no podía existir He y solo existía H.
Se
cree que a los 8 minutos del Big-Bang la composición del universo era ¼ de la
masa era He y las ¾ eran H, también se cree que había 10-3% de Deuterio y 10-6%
núcleos de Li.
Existen
grandes diferencias en la composición de los elementos en el sistema solar pero
existe gran uniformidad en conjunto el universo.
El
H es el elemento más abundante en el universo constituyendo el 88,6%, después
el He que es 8 veces menor que el H (11.3 %) y los demás elementos el 0,1% .
La
vida media de un neutrón es de 11,3 minutos descomponiéndose en un protón,
electrón y De. Un segundo después el universo estaba formado por un plasma de
neutrones, protones, neutrinos. La temperatura era tan alta que no había
átomos. Este plasma y las elevadas energías dieron lugar a distintas reacciones
nucleares. Como consecuencia de la expansión la temperatura fue disminuyendo y
cuando se alcanzó el 109 ºK se dieron lugar unas reacciones nucleares.
De
las cuatro reacciones la primera es la limitante, ejerciendo un control sobre
las demás, dando lugar a una relación de He/H=1/10 que es la relación existente
en las estrellas jóvenes.
Con
el tiempo la temperatura disminuye lo suficiente para que las partículas
positivas puedan capturar electrones y formar átomos y la novedad es que estas
reacciones no se ven afectadas por las radiaciones electromagnéticas los átomos
pueden interaccionar entre sí independientemente de la radiación. Esta
interacción conduce a la formación de átomos diferentes, los cuales empiezan a
condensarse y forman el núcleo de estrellas y la radiación se expande con el
universo.
Para
un tiempo de 11,3 minutos la mitad del universo eran protones y la temperatura
era de 5•108 ºK. Pasado otro tiempo de 30 a 60 minutos los núcleos formados
eran los siguientes: 2H; 3He; 4He; 5He. Este último tiene una vida media corta
que es de 2,1•10-21, transformándose en el anterior átomo. En este tiempo los
núcleos formados son establecidos hasta el 4He. Van evolucionando a átomos y en
las estrellas tiene lugar reacciones nucleares que dan lugar a los elementos
químicos.
Para
justificar esta formación se recurre a los hornos de combustión que actúan como
reactores nucleares y en estos se van a formar los elementos.
La
primera etapa de formación es el llamado Horno de Hidrógeno y consiste en que
se van acumulando los núcleos para formar estrellas densas en las cuales la
fuerza de gravedad mantenga en el núcleo unas elevadas temperaturas que van a
facilitar algunas reacciones de tipo nuclear. Los átomos que se van a formar en
esta etapa son H y He y a partir de estos en el núcleo de las estrellas se van
a formar otros elementos.
Par
generar otros elementos se requiere la combinación de H-He ó He-He por reacciones
termonucleares de fusión de las estrellas con mayor temperatura interna @108K.
Ahora se dan en el interior otras reacciones que constituyen el horno de He.
En
estrellas mayores con temperatura mayor a ≈ 6•108 K, que además de las
reacciones anteriores se pueden dar otras como el Horno de Carbono-Nitrógeno.
El
resultado de todas estas reacciones hasta ahora es la transformación de H en
He, pero ya vamos obteniendo varios elementos más pesados. Estos elementos más
pesados interaccionan entre sí para dar lugar a otros más pesados.
La
síntesis de estos elementos va en función de la temperatura que hay en el
centro del núcleo de la estrella. Las reacciones de estos elementos pesados,
dependen de una compleja relación ente, la temperatura, la estabilidad del
mismo y su vida media. La máxima estabilidad de estos sé sitúa alrededor del
hierro, y todas las reacciones que se producen hasta el Fe son de tipo
exotérmico. Por esto el hierro es más abundante que sus vecinos.
Si
las reacciones se produjeran indefinidamente el universo estría comprendido
prácticamente de Fe, pero a consecuencia de la expansión del universo la
temperatura fue disminuyendo de forma que las reacciones de fusión se hicieron
más lentos ó pararon.
En
el universo existen elementos más pesados que el Fe, y estos se formaron a
partir de la adición de neutrones a los núcleos y posterior emisión
electrónica. En entornos de baja densidad neutrónica la adición se producía más
lentamente, sin embargo en entornos de alta densidad neutrónica la adición era
rápida, como se da en a las Novas se puede adicionar de 10 a 15 neutrones en
poco tiempo originando otro tipo de elementos.
En
el universo existen elementos más pesados que el Fe, y estos se formaron a
partir de la adición de neutrones a los núcleos y posterior emisión
electrónica. En entornos de baja densidad neutrónica la adición se producía más
lentamente, sin embargo en entornos de alta densidad neutrónica la adición era
rápida, como se da en a las Novas se puede adicionar de 10 a 15 neutrones en
poco tiempo originando otro tipo de elementos.
36
Fe 26 |
+
|
13
|
1
n 0 |
 |
69
Fe 26 |
|
69
Co 27 |
+
|
0
e -1 |
Los
elementos muy pesados se pueden formar también por este tipo en donde después
de la adición neutrónica tiene lugar la perdida de electrones de los núcleos.
Para
la explicación del origen de los elementos en la tierra se discuten muchas
teorías de las cuales la más aceptada es la siguiente: la tierra en un
principio tenía una temperatura muy elevada, por la expansión sufrió un enfriamiento
generándose las distintas capas; un núcleo denso, sólido y formado por Fe y Ni;
envuelto por una fase líquida(magma); y por último una corteza externa.
La
distribución de los elementos en la tierra ha dependido de las fuerzas que han
actuado sobre ella. Nos encontramos en la corteza muchos depósitos de
materiales (menas), las cuales se justifican se recurre a la tectónica de
placas¼. Estos materiales proceden del magma fluido que asciende por grietas
existentes en la corteza llegando a la superficie, en esta se solidifican
formando filones u otros dispositivos, explicando así las distintas
concentraciones de elementos de la corteza.
Los
agentes atmosféricos nos dan una reacción la cual ayuda a comprender algunos
depósitos de Al no esperados, esta reacción son:
4
KalSi3O8 + 4 CO2 + 22 H2O → 4 K+ + 4 HCO3- + Al4Si4O10(OH)8
+ 8 H4SiO4
La
clasificación de los elementos de la tierra podía ser en 4 grandes grupos:
a. Siderófilos: se refiere a aquellos elementos
amantes del Fe ó parecidos a él, y normalmente se encuentran e el núcleo
metálico ó cerca de este, pero también se encuentran en la corteza terrestre
pero su aparición es debida a reacciones que los originan.
b. Litófilos: son aquellos elementos amantes de
las rocas, forman parte de ellas, estos se combinan fácilmente con él O y X y
son los más abundantes de la corteza terrestre.
c. Calcófilos: Son aquellos que se combinan
fácilmente con S, Ar, Se... También forman parte mayoritariamente de la corteza
terrestre.
d. Atmósfilos: Son aquellos elementos gaseosos
que forman parte de la atmósfera terrestre.
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OTROS ENLACES:
http://www.windows2universe.org/sun/Solar_interior/Nuclear_Reactions/Fusion/fusion_reactions.html&lang=sp
http://curiosidades.batanga.com/3892/de-donde-proviene-el-agua-de-la-tierra
http://curiosidades.batanga.com/3892/de-donde-proviene-el-agua-de-la-tierra
