Uma das coisas mais bonitas que já li em minha vida é que somos literalmente os remanescentes de estrelas. “O nitrogênio em nosso DNA, o cálcio em nossos dentes, o ferro em nosso sangue, o carbono em nossas tortas de maçã foram feitos no interior de estrelas em colapso”, escreveu Carl Sagan, concluindo: “Somos feitos de coisas estelares”.
A Nebulosa de Orion, um dos nossos viveiros de estrelas mais próximos. (Crédito da foto: peresanz / Fotolia)
Os elementos que compõem a vida são as cinzas dispersas de estrelas depois de sofrerem mortes horripilantes e explosivas. Então, de certa forma, eles morreram para que você pudesse nascer. No entanto, nem todos os elementos da tabela periódica foram criados no núcleo de uma estrela. Alguns foram criados fora dela, por natureza, e o resto, por nós . Vamos primeiro entender como alguns foram criados dentro de um núcleo, o que requer que examinemos a vida de uma estrela.
Elementos naturais
Os elementos mais leves, hidrogênio e hélio, foram criados quando a poeira baixou após o Big Bang . Uma estrela nascente compreende principalmente este gás hidrogênio colapsando em si mesmo. Essa compressão aquece o gás e força seus átomos a colidirem violentamente um com o outro. As colisões aquecem ainda mais o gás e, eventualmente, os átomos de hidrogênio não colidem e ricochetam, mas se fundem para formar átomos de hélio!
A massa de um átomo de hélio é menor que a massa combinada de dois átomos de hidrogênio. A massa restante é liberada como energia cuja magnitude é dada por E = mc ² de Einstein . Embora a magnitude possa ser pequena para uma única reação de fusão, o total cumulativo é tremendo. Esse processo é chamado de fusão nuclear . O mesmo princípio que faz as estrelas brilharem é replicado dentro de bombas de hidrogênio devastadoras, ainda que de maneira controlada.
Eventualmente, a estrela fica sem combustível. Todo o hidrogênio está exausto. No entanto, a compressão e o calor sufocante agora forçam os átomos de hélio a se fundirem e formarem berílio! Eventualmente, os átomos de berílio são forçados a se fundir e formar carbono e então oxigênio e assim por diante até que o ferro seja sintetizado no núcleo. Neste ponto, a estrela é exorbitantemente massiva – duas ou três vezes a massa do Sol. No entanto, ele não pode mais neutralizar a compressão da gravidade porque o ferro se recusa a passar por mais fusões. Sem combustível e sem calor para se expandir, a estrela começa a esfriar e se contrair.
Nos estágios finais de sua vida, a estrela pode obter milhões de toneladas por polegada cúbica, uma vez que todos os elementos mais pesados estão agrupados em uma esfera com raio de apenas 10 milhas. No entanto, mais contração colapsa a estrela até um ponto de densidade infinita! Mas antes de desmoronar em um buraco negro , explode cataclismaticamente com a energia de um octilhão (10) de bombas atômicas!
As supernovas liberam uma tremenda quantidade de energia neste curto período de tempo, tornando-as os eventos mais poderosos do Universo. (Crédito da foto: ESO / A. Roquette / Wikipedia Commons)
A morte explosiva de uma estrela é chamada de supernova e é a explosão mais colossal que se pode testemunhar no espaço. Todos os elementos dentro do núcleo são violentamente dispersos nos arredores. Além disso, o calor liberado é tão intenso que os elementos sofrem reações nucleares que antes não eram possíveis dentro do núcleo. Os elementos são bombardeados com nêutrons ao acaso, correndo para criar ainda mais elementos. O ferro se transforma em ouro, que se transforma em chumbo e assim por diante, até que o urânio seja formado, o mais pesado elemento naturalmente sintetizado. Assim, a destruição gera criação.
Elementos feitos pelo homem
Todo o sistema solar foi criado a partir de um entulho semelhante, disperso por uma supernova. Você consegue imaginar a incrível quantidade de poeira e detritos que se acumularam para formar não apenas o Sol, mas oito planetas e um anão que giram devotadamente em torno dele?
No entanto, como eu disse, nem todos os elementos são criados no núcleo ou fora dele. O urânio é o 92 º elemento, assim como fez o outro 27 de primavera na existência? Embora o plutônio e o neptúnio possam ser sintetizados em uma supernova, seus traços podem não ser substanciais. Esses elementos podem ser sintetizados naturalmente. Talvez as estrelas criem elementos muito mais pesados do que nunca, mas esses elementos não podem sobreviver mais do que alguns microssegundos – eles imediatamente decaem em elementos mais leves.
O homem então tomou as leis da natureza em suas próprias mãos quando a tecnologia foi suficiente. Elementos mais pesados que o urânio foram criados simplesmente bombardeando urânio com nêutrons de alta velocidade em ciclotrons. Uma reação em cadeia ocorre que pode envolver até 17 nêutrons. Esse processo, no entanto, também pode ocorrer em reatores nucleares “naturais” ou depósitos pesados de urânio sob a Terra. A escassa quantidade de plutônio e neptúnio na Terra é encontrada em depósitos de urânio onde eles se formaram há um bilhão de anos, quando o urânio foi atacado com nêutrons livres.
Entretanto, o férmio (100) é o último elemento que pode ser forjado pelo bombardeio nuclear. Os elementos super pesados só poderiam ser criados após o desenvolvimento de aceleradores de partículas mais avançados que os ciclotrons. Os novos elementos não foram criados apenas bombardeando átomos existentes com nêutrons, mas com átomos inteiros . Considere o mendelévio (101), que foi sintetizado pela fusão do hélio (2) e einstênio (99), ou nobélio (102), uma coalizão de néon (10) e urânio (92). Ou, a final, 118 th elemento, oganesson, que foi criada pela fusão de californium (98) e cálcio (20).
Tony Stark sintetizou Vibranium, o elemento mais forte do Universo Marvel, com um acelerador de partículas que ele construiu em sua própria casa. Só se fosse assim tão simples. (Crédito da foto: Iron Man 2 / Marvel Studios)
A questão que ainda precisa ser respondida é se existe um limite para sintetizar elementos mais pesados e mais pesados. As pessoas costumam perguntar como os prótons podem residir tão próximos em um núcleo quando a força repulsiva eletromagnética deve separá-los. A força que os liga, no entanto, é mais forte que a força repulsiva. De fato, é a mais forte das quatro forças fundamentais que governam os caminhos do Universo. É chamado – com a maior falta de criatividade – a força forte.
Mas até a força forte tem seus limites. Há certamente uma configuração de prótons em que a força cumulativa repulsiva entre eles se torna potente o suficiente para derrubar a força forte que os une. Certamente, a chave para criar um novo elemento é evitar essa configuração. Este é o nosso limite além do qual as leis da física se recusam a cooperar. No entanto, parece que não estamos muito longe. A tabela periódica parece estar quase terminada. Somos apenas um punhado de revelações longe de completar o quebra-cabeça.