Si el hierro es el elemento más pesado creado por la fusión nuclear, entonces, ¿cómo tenemos tantos elementos más pesados ​​que el hierro en la tierra?

Answer 1

Algo de historia:

Hubo dos teorías que compitieron para explicar la creación de elementos: la Nucleosíntesis del Big Bang y la Nucleosíntesis estelar. El primero cayó en desgracia con la comunidad científica.

La Nucleosíntesis Estelar fue presentada por Burbridge, Burbridge, Fowler y Hoyle y llegó a ser conocida como el modelo B2FH. Esto se convirtió en el modelo estándar para explicar la nucleosíntesis.

Los elementos más pesados ​​que el hierro son creados por reacciones de captura de neutrones y protones (siéntase libre de saltar directamente a las reacciones de captura de neutrones si no quiere leer las reacciones de fusión). Las características de un elemento están determinadas por el número de protones en su núcleo. El número de neutrones puede variar (isótopos).

Nucleosíntesis estelar:

Dentro de este modelo, hay tres categorías de elementos y sus isótopos.

• Productos de Big Bang:
• Hidrógeno, helio, litio menor, berilio y boro. Todos se formaron en el Big Bang.
• Productos de fusión estelar:
• Desde el litio, hasta los elementos del grupo de hierro, incluidos el hierro, el cobalto y el níquel.
• Los productos de la nucleosíntesis por neutrones y protones capturan reacciones relacionadas con estrellas y supernovas.
• Estos generan todos los elementos más pesados ​​que el hierro, incluidos algunos elementos más ligeros como el aluminio, el silicio, el titanio y el vanadio.

En un gráfico con el número de masa atómica en el eje x y la energía de enlace nuclear en el eje y, verá que pasa de una energía de enlace baja en hidrógeno y helio a un máximo en hierro 56 (Fe56) y comienza para volver a disminuir hasta el uranio 238.

La energía de enlace es máxima en Fe56. Todo a la izquierda de Fe56 preferiría combinarse en reacciones de fusión en las que se emite energía. Estos núcleos preferirían unirse para formar núcleos cada vez más estables, hasta Fe56. Pero la fusión no puede proceder por encima de Fe56 debido a las energías de enlace inferiores y menores desde ese punto en adelante.

(Fuente de la imagen: Wikipedia)

Reacciones de fusión:

• Bajo las grandes presiones y temperaturas de las estrellas, los protones y los neutrones se juntan para formar átomos de helio y los átomos de helio se juntan para formar átomos de carbono.
• Todos los elementos en nuestro sistema solar, desde hidrógeno y helio hasta Fe56, son producidos por estas reacciones de fusión.
• Todas estas reacciones de fusión liberan enormes cantidades de energía que vemos como calor y luz.
• El final de la línea para este proceso es la producción de Fe56.

Reacciones de captura de neutrones / protones:

Hay tres variantes de estas reacciones:

• Nucleosíntesis del proceso S
• Nucleosíntesis del proceso R
• Nucleosíntesis del proceso p

Las reacciones de captura de neutrones explican la existencia de todos los elementos más pesados, que tienen una energía de enlace menor que, por lo tanto, son menos estables que el Fe56. Esto también ocurre dentro de las estrellas, de ahí el término nucleosíntesis estelar.

Todas las estrellas tienen un alto número de neutrones libres que vuelan alrededor con cantidades muy altas de energía (flujo de neutrones). Los flujos de neutrones son especialmente altos dentro de las supernovas.

Síntesis del proceso S:

Tomemos plata (Ag) con un número de masa atómica 109 (número combinado de neutrones y protones) y golpeamos esos núcleos con un neutrón. Su número de masa atómica se convierte en 110 porque agregamos otro neutrón, pero Ag110 no es estable y decae a Cadmio-110 (Cd110). Y así acabamos de crear Cd110.

Con este proceso de simplemente agregar más y más neutrones a los núcleos existentes, subes la tabla periódica a elementos cada vez más pesados ​​y obtienes todo el camino hasta el uranio por este medio.

N-proceso de nucleosíntesis:

Para superar la barrera donde tenemos un núcleo inestable que naturalmente decaerá hacia otro elemento, debemos tener un número tan rápido de neutrones en el entorno que bombardean estos núcleos. Aunque Cd115 es inestable, si lo golpeamos antes de que se desintegre con otro neutrón, podemos formar Cd116 y Cd116 es estable. Entonces, una vez que se crea, no se descompone y, por lo tanto, podemos construir estos nucleidos ricos en neutrones mediante este proceso R.

Estas reacciones ocurren principalmente o solo en eventos de supernova en los que tiene flujos masivos de neutrones como resultado de las explosiones de estrellas.

P-nucleosíntesis de proceso:

[De Wikipedia] Los nucleidos ricos en protones se pueden producir agregando secuencialmente uno o más protones a un núcleo atómico en un entorno estelar con protones libres. Tal reacción nuclear se llama reacción de captura de protones. Al agregar un protón a un núcleo, el elemento se cambia porque el elemento químico se define por el número de protones de un núcleo. Al mismo tiempo, la proporción de protones a neutrones cambia, lo que resulta en un isótopo más rico en protones del siguiente elemento.

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Nota: los ejemplos que utilicé para explicar la nucleosíntesis de los procesos S y R son de un curso sobre los Orígenes del Universo de Coursera, en caso de que alguien se pregunte si los ejemplos de reacciones de captura de neutrones son similares.

Answer 2

“Si el hierro es el elemento más pesado creado por la fusión nuclear, entonces, ¿cómo tenemos tantos elementos más pesados ​​que el hierro en la tierra?”

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Aquí hay una tabla periódica bastante fresca, que muestra de dónde provienen los diversos elementos.

Esto es de este artículo de Wikipedia: Nucleosíntesis

Viendo esto, vemos que el hidrógeno y el helio eran primordiales (aunque probablemente había un poco de litio primordial). El litio, el berilio y el boro son bichos raros. Estos elementos vienen a través de un proceso llamado espalación de rayos cósmicos: una forma de fisión que se produce cuando las partículas de alta energía (es decir, los “rayos cósmicos”) chocan con átomos pesados ​​y producen átomos más ligeros. El resto (así como una gran cantidad de helio) se producen en las estrellas. Como puedes ver, puedes obtener algunos elementos sorprendentemente pesados ​​producidos en estrellas más grandes en lugar de en supernovas.

Varios isótopos de hierro, cobalto y níquel tienen una energía de unión muy alta. Esto significa que, si bien pueden sufrir una fusión nuclear, la reacción consume energía. Las estrellas muy masivas no pueden producir energía una vez que el núcleo tiene cantidades significativas de hierro, cobalto y níquel en su composición. La enorme cantidad de energía liberada en una supernova proporciona toda la energía necesaria para las reacciones de fusión exóticas.

Entonces, ¿cómo se formarían los materiales como el lantano (La)? Hay un proceso que agrega neutrones y protones a los núcleos en pequeños incrementos. Es un proceso lento, llamado, de manera poco imaginativa, el proceso s . Consume energía, pero es lo suficientemente lento como para que no tenga mucho impacto en la vida de una estrella.

Los depósitos de elementos pesados ​​se sacan de los núcleos de estrellas grandes y viejas en eventos conocidos como dragados . Algunos de estos elementos pesados ​​se liberan en el medio interestelar con fuertes vientos estelares que a menudo son producidos por estrellas grandes.

Answer 3

Otro caso donde la “sabiduría convencional” da solo una visión muy incompleta de las cosas. Ciertamente, el helio, el carbono y algunos elementos más pesados ​​se producen en el Sol y en otras estrellas, pero el límite teórico para dicha fusión es el hierro (Fe, número atómico 26). Cada átomo más pesado, hasta el uranio (AN = 92) debe hacerse por algún otro método.

La sabiduría convencional para los elementos más pesados ​​es que están hechos en explosiones de supernova, pero cuando miras ese escenario, está lleno de agujeros. Las supernovas solo duran unas semanas más o menos. Los átomos más pesados ​​se pueden formar a partir del hierro mediante la adición múltiple de neutrones, cada uno de los cuales aumenta el número atómico en 1. Para pasar del hierro al uranio, deberías llegar a un núcleo particular no menos de 66 veces, todo en unas pocas semanas .

Cuando piensas acerca de dónde provienen los elementos más pesados ​​de la Tierra, es realmente un poco peligroso pensar que todos están de alguna manera recogidos de supernovas distantes, que ocurren con muy poca frecuencia. Si realmente se originaron de esta manera, ¿por qué todos los átomos en la Tierra parecen tener la misma edad máxima de alrededor de 4.7 mil millones de años?

La respuesta sorprendente es que los elementos más pesados ​​se hacen en los centros de los planetas como la Tierra, en lugar de en las estrellas. Los núcleos de los planetas más grandes que Marte parecen contener una proporción de neutrones comprimidos y están bajo presiones enormes. Los átomos en el borde de los núcleos se encuentran en una posición ideal para recoger continuamente neutrones que escapan del Núcleo, durante millones de años.

Puede encontrar más detalles sobre esto en un breve extracto:

XT804: Los elementos pesados ​​se hacen en planetas, no en estrellas < http://www.aoi.com.au/Extracts/X …>.

Y usted puede encontrar referencia a un artículo más completo allí. Pero no busques la confirmación en otra parte, ¡es demasiado nuevo para la aceptación general!

Answer 4

Si el hierro es el elemento más pesado creado por la fusión nuclear, entonces, ¿cómo tenemos tantos elementos más pesados ​​que el hierro en la tierra?

Como han señalado otros, la fusión puede crear muchos elementos más pesados. El hierro es solo el límite de elementos que pueden producirse mientras liberan energía.

Hay cuatro procesos naturales que crean elementos, no solo la fusión en estrellas ordinarias.

• Nucleosíntesis del Big Bang: hidrógeno, helio, litio y algo de berilio inestable, que desde entonces se ha deteriorado.
• Nucleosíntesis estelar: elementos hasta hierro, cobalto y níquel.
• Supernovas: elementos más pesados ​​con relativamente pocos neutrones.
• Colisiones de estrellas de neutrones: elementos más pesados ​​con relativamente muchos neutrones, como el oro, el platino, el iridio y otros.

La contribución de la estrella de neutrones se ha conjeturado durante décadas, y se ha verificado recientemente en observaciones de una kilonova en ondas gravitacionales y en todo el espectro electromagnético.

Answer 5

Para comprender la respuesta a por qué hay elementos más pesados ​​que el Hierro en la tierra, primero debes entender las vidas de las estrellas. Cuando las estrellas se forman por primera vez, entran en la secuencia principal. Durante esta etapa de la vida de una estrella, las estrellas están hechas principalmente de hidrógeno. La alta temperatura y la densidad en el núcleo de una estrella crean colisiones de alto impacto entre los núcleos de hidrógeno. Estas interacciones de alta energía conducen a la fusión nuclear, durante la cual estos núcleos de hidrógeno se combinan para formar núcleos de helio, liberando energía. Esta energía producida en la fusión contrarresta la gravedad extrema causada por la gran masa de las estrellas, lo que permite que la estrella se sostenga a sí misma mientras tienen lugar las interacciones. Sin embargo, a medida que pasa el tiempo, se consume más y más hidrógeno y la fusión comienza a disminuir. A medida que la fusión disminuye, la gravedad comienza a dominar la energía producida en la fusión, lo que hace que la estrella se haga más pequeña, lo que aumenta la temperatura en el núcleo. Este aumento de temperatura enciende el helio, que se fusiona con el carbono a través de un proceso alfa triple, lo que hace que la estrella se expanda muchas veces más que el tamaño original, ingresando a la estrella en la fase roja gigante de su vida.

Durante la fase gigante roja, las estrellas queman helio a carbono, carbono a oxígeno y así sucesivamente hasta el hierro, momento en el cual ya no se puede obtener más energía de la fusión nuclear. En este punto, al igual que al final de la fase de secuencia principal, la fusión nuclear disminuye y la gravedad comienza a dominar. Sin embargo, con el gigante rojo, no hay helio para detener la fuerza de la gravedad, por lo que la estrella comienza a implosionar rápidamente. Sin embargo, debido al principio de exclusión de Pauli, que establece que no hay 2 partículas que puedan estar en el mismo estado en la misma ubicación, se crea una fuerza increíblemente fuerte que contrarresta la gravedad. La materia luego rebota en este repentino “muro” y explota en todas direcciones creando una supernova masiva, dejando atrás una estrella de neutrones densamente llena o un agujero negro, dependiendo de la masa del gigante rojo. El cambio en la energía potencial gravitacional durante la caída crea mucha energía, lo que permite que los elementos se fundan más allá del hierro, creando elementos pesados ​​que se encuentran en la tierra como el oro y el uranio.

Además, el hecho de que encontremos estos elementos en la tierra indica que nuestra galaxia es una galaxia de segunda o tercera generación. Es decir, hubo estrellas hace miles de millones de años que ya pasaron por esta vida y crean los elementos pesados ​​que tenemos hoy aquí. De hecho, tú, yo y todo lo que nos rodea somos polvo de estrellas del lejano pasado. Este concepto también proporciona un control de cordura para nuestra comprensión de la línea de tiempo cósmica. Sabemos, según el estudio de las propiedades de las estrellas de la secuencia principal, así como la descomposición del uranio en las rocas, que nuestro sol tiene alrededor de 4.500 millones de años. ¡Entonces tiene sentido, que el sol es una estrella de la tercera generación, ya que creemos que el universo fue creado hace 13 mil millones de años!

Answer 6

Porque el hierro no es el elemento más pesado hecho por fusión. Todos los elementos distintos del hidrógeno se hacen por fusión.

El hierro es solo el elemento más pesado cuya formación a través de la fusión libera energía . La fusión de elementos más pesados ​​es endotérmica, consume energía en exceso. Por lo tanto, el hierro es el elemento más pesado que se produce en los núcleos de las estrellas vivas, porque tan pronto como comienzan a tratar de fusionar elementos más pesados, las estrellas mueren .

Todos los elementos más pesados ​​se forman en los estallidos de muerte explosiva de estrellas masivas. Una pequeña porción de la energía de una supernova se usa para fusionar esos núcleos pesados.

Esos elementos pesados ​​terminan concentrándose en planetas rocosos porque los más ligeros se evaporan durante el proceso de formación del planeta.

Answer 7

Me gusta pensarlo como una cebolla en una olla a presión.

Supongamos que tiene una cebolla gigante en una olla a presión aún más grande. Las entrañas de la cebolla son un plasma (una variedad de protones y neutrones en una sopa de electrones libres) donde cada capa de la cebolla representa una combinación diferente de presión / temperatura / protón / neutrón. A medida que la implosión del hierro absorbente de energía inicia la supertrava, cada capa tiene un conjunto específico de parámetros para crear un elemento único. A medida que la implosión se convierte en una explosión de supernova, se generan enormes fuerzas. Por lo tanto, la capa adecuada para el plomo, crea plomo. La capa adecuada para el mercurio crea mercurio. Oro – oro, plata – plata, etc., hasta el uranio.

Esta analogía puede no ser exacta, pero espero que sea útil.

Answer 8

Los elementos en el universo se producen a partir de hidrógeno a través de un proceso llamado fusión nuclear. La mayoría sucede en las estrellas, donde la temperatura y la presión son extremadamente altas. La fusión nuclear es también la reacción química que la energía se libera en el espacio y hace que la estrella se vea brillante. En condiciones normales, las estrellas solo pueden producir hasta Hierro, porque después de eso, es una reacción endotérmica, en lugar de exotérmica.

Sin embargo, en casos raros en los que ocurre una supernova (muerte de estrellas muy grandes), libera tanto calor y presión que en este momento la mayoría de los elementos más pesados ​​que el hierro se producen y se propagan a los espacios. Los elementos pesados ​​en la Tierra también se originaron a partir de esos eventos de supernovas.

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