Desde la antigüedad, la capacidad del hombre de manipular la naturaleza ha marcado su desarrollo. En primer lugar, en la Edad de Piedra, aprendimos a moldear a nuestro antojo esa naturaleza. Pero la piedra basta no es ni muy manejable ni muy fuerte. Los antiguos empezaron a buscar otros métodos para crear materiales. De esta forma descubrieron la forja y a moldear y mezclar nuevas rocas más resistentes. Comenzaba el descubrimiento de los elementos y las Edades del Cobre, el Bronce y del Hierro se sucedieron. Cada una marcada por los avances «tecnológicos» propios de cada material.
Mientras seguíamos descubriendo nuevos materiales, se empezó a desarrollar la física y los griegos empezaron a teorizar sobre que los componían. Así se llegó a la primera definición de un átomo como la parte más pequeña e indivisible que compone un material. Había varios tipos y eran los elementos que al mezclarse formaban todo lo que se encuentra en la naturaleza. Incluidos nosotros.
En los siguientes siglos, a la vez que mejorábamos en la capacidad de dar forma a estos materiales y de descubrir nuevos elementos básicos, empezamos a preguntarnos que eran esos átomos y de que estaban compuestos.
De esta forma llegamos a ser capaces de describir los diferentes elementos por las características de sus átomos. Principalmente por lo que pesaban esos átomos. Y nos dimos cuenta de que presentaban características periódicas. Por lo que si forzábamos los materiales que encontrábamos en la naturaleza, podíamos obtener átomos de nuevos tipos. El primero fue el fósforo, y luego le siguieron muchos más. Tantos que empezó a ser necesario instaurar un sistema de clasificación. Y además no todos los elementos recién descubiertos eran duros. Algunos eran gaseosos.
Esta necesidad comenzó en tiempos de Robert Boyle (1627-1691), pero se conocían pocos elementos básicos como para dar forma a una clasificación. Dalton (1766-1844), aplicó sus estudios meteorológicos para integrar los elementos con la química y realizó una escala en función de las masa atómicas. En esta escala el primer elemento era el hidrógeno. Por lo que esta tabla clasificaba los elementos según su relación con este sencillo elemento. Lavoisier (1743-1794) realizó algunas agrupaciones simples para los 33 elementos conocidos en su época. Las llamó tablas de afinidad. Y mientras tanto Döbereiner (1780-1849) los agrupó por triadas de elementos afines.
En los años siguientes se añadieron más observaciones al respecto de la clasificación de los elementos. Los más reseñables son los de las valencias de Meyer (1830-1895) y la periodicidad de a ocho de Newlands (1837-1898). Pero el descubrimiento de los alcalinos y los alcalino-térreos desmontó los intentos de clasificación. Ya que el espectroscopio hizo visibles las líneas espectrales de varios elementos que ya no podían agruparse por triadas.
Todo este caos no parecía tener sentido hasta que en 1869, hace 150 años, apareció Dmitri Mendeléyev (1934-1907). El científico ruso presento una ordenación de los 63 elementos conocidos. Pero no fue el único. De forma paralela Meyer desarrolló otra ordenación, pero los años y los descubrimientos fueron dando la razón a Mendeléyev.
Esta tabla agrupaba los elementos en series según la periodicidad de las características pero tenía dos puntos fuertes. Por un lado no se dejó “engañar” por el incremento de las masas atómicas y por otro lado, cuando siguiendo la escala, los elementos conocidos no encajaban en el siguiente cajón, no los adaptó ni se los inventó. Simplemente dejó el hueco admitiendo que no conocía el elemento que lo ocupaba.
Con el tiempo y la radiactividad, los huecos se fueron rellenando con nuevos elementos que encajaban a la perfección. Y la preferencia a las familias químicas sobre el incremento de los pesos se confirmó como acertada cuando Moseley (1887-1915) determinó los valores experimentales de las cargas nucleares de los elementos.
De esta forma se definió el sistema de clasificación más celebre. Tanto que este año 2019 se ha declarado “Año de la Tabla Periódica” para conmemorar los 150 años de su primera publicación.
En estos años la tabla ha sido retocada y completada. Muchos elementos han sido añadidos. Algunos incluso solo observados en los laboratorios pero que concuerdan con la escala predicha.
Y una vez “terminado” este trabajo de descubrimiento y clasificación, los científicos se centraron en otra tarea. Descubrir cómo se formaban esos átomos básicos que caracterizaban los elementos.
Y como con otras grandes preguntas se encontró la solución en las estrellas.
¡¡Somos polvo de estrellas!!
Los materiales, desde el hidrógeno hasta el elemento más pesado, se han formado en las explosiones de las estrellas. Los más ligeros en el comienzo. El resto en el interior de las estrellas. La nucleosíntesis.
Las estrellas están compuestas principalmente de hidrógeno y helio. Dentro de un cúmulo de gas con H y He se produce una compactación que además de liberar calor y radiación en forma de luz, hace que la concentre sobre sí misma, aumentando la presión. Esto se conoce como una protoestrella. En el interior, el plasma se junta cada vez más aumentando la presión y la temperatura hasta llegar al punto de ignición. En ese punto los átomos pueden superar las fuerzas electrostáticas y quedan atrapados por las fuerzas nucleares formando nuevos elementos mediante fusión.
La proporción entre H y He se descompensa y el núcleo se contrae, por lo que la presión sigue aumentando. Esto hace que el He empieze a fusionarse en carbono mediante un proceso de triple alpha y la estrella se vuelve roja. Ya tenemos un nuevo elemento.
Si la estrella formada tiene una masa inferior al Sol, el proceso termina aquí. Pero si tiene suficiente masa, una gigante roja, la temperatura aumentará hasta el punto de ignición del carbono creando la cadena de fusión neón-oxigeno-silicio-niquel-hierro (Ne->O->Si->Ni —> Fe).
Pero el hierro es el elemento más estable por lo que hace la estrella absorba energía y que se colapse creando una Supernova. Debido a esta explosión una gran cantidad de protones golpea las diferentes capas de la estrella formando nuevos elementos cada vez más pesados que son lanzados al espacio.
Pero la recombinación tiene un límite de energía y elementos pesados como el oro no se pueden formar en la explosión de las estrellas. Este era un misterio que se ha resuelto hace pocos años. Al observar, gracias al proyecto LIGO, la colisión la fusión de dos estrellas de neutrones, hemos confirmado que los elementos más pesados se forman en este tipo de eventos estelares.
(Mientras escribo este artículo ha salido a la luz la confirmación de la observación de formaciones de estroncio en esa colisión de estrellas de neutrones)
Por lo tanto, todos los elementos que se encuentran en la naturaleza están registrados y clasificados en la Tabla Periódica y se generaron en eventos estelares hace miles y miles de años, en diferentes sitios del Universo. Y han viajado por el espacio hasta nosotros.
Referencias:
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