Tots els elements químics existents a la taula periòdica (TP) es van crear en algun moment al llarg de la vida de l’univers. Tot sembla indicar que alguns es van crear en el moment del Big Bang (BB), a les estrelles i altres, els darrers, són sintetitzats en laboratoris. Fins els 118 coneguts actualment.
S’han descrit vuit formes diferents de sintetitzar-los. Quant més gran és l’àtom més difícil és aconseguir-lo. Quanta més massa al nucli, partícules (protons) al nucli, li cal més energia, directament. És la química del cosmos. Quan el que varia en el nucli són el nombre de neutrons, l’element químic segueix sent el mateix, però ara serà un isòtop. Existeixen uns 90 elements estables i uns 260 isòtops estables, dels 3.000 coneguts. L’element més estable de tots és el ferro, que és on finalitzen els processos de fusió nuclear. L’altre element molt estable és el plom, on acaben els processos radioactius de fissió.
Taula dels elements químics d'acord amb la seva abundància a la terra.
Font: 1970 Wm. F. Sheenan, adaptat per Closas-Reiss.
Les formes d’obtenció són:
1- Nucleosíntesi primordial
2- Nucleosíntesi interestel·lar
3- Explosió de nanes blanques – massa fins a 9MꙨ (masses solars)
4- Nucleosíntesi estel·lar
5- Explosió estrelles massa fins 30 MꙨ
6- Fusió d’estrelles de neutrons
7- Decaïment nuclear natural
8- Síntesi humana
1- Nucleosíntesi primordial. És la que es va produir en el moment inicial del Big Bang, la Gran Explosió, base del Model Cosmològic Estàndard, vigent avui en dia. Passats els primers 50 μs (microsegons) es va sintetitzar tot l’hidrogen existent a l’Univers. Mai se n’ha fabricat més, tot va ser en aquell i, només en aquell moment. També es va sintetitzar una part d’heli, l’element número 2 de la TP, durant els tres primers minuts després del BB, gràcies a la formació del deuteri, isòtop de l’hidrogen amb un protó i un neutró.
2- Nucleosíntesi interestel·lar. Dels elements següents, liti, beril·li i bor (Li-Be-B) gairebé només se’n van formar traces en el moment del BB. Es van acabar de formar amb el pas dels milions d’anys per xocs de partícules còsmiques d’alta energia, protons a velocitats relativístiques provinents de supernoves o cataclismes similars en el medi interestel·lar que podien trencar altres àtoms ja fets com el carboni.
3- Explosió de nanes blanques – massa fins a 9MꙨ (masses solars). Quan una nana blanca es troba propera a una altra estrella gegant vermella, li pot robar material i engreixar-se fins a explotar com una supernova tipus I-a generant una nebulosa planetària com farà el Sol. Aquí alliberen carboni, oxigen i nitrogen. Un altre model seria quan el sistema estel·lar que explota és binari, amb dues estrelles joves i petites. S’origina la combustió de l’heli en carboni i oxigen, i a l’explotar com supernova tipus Ia lax, diferent de l’anterior supernova, s’arriben a formar els elements entre els números 14 fins el 30, del silici al zinc.
4- Nucleosíntesi estel·lar – massa fins a 30MꙨ . Aquestes estrelles tan massives quan arriben a la vellesa i es converteixen en gegants vermelles, han cremat tot l’hidrogen els primers cent milions d’anys a una temperatura d’entre 20 i 70 milions de graus. Després cremen l’heli durant un milió d’anys a uns 200 milions de graus. Ja cal més temperatura i menys temps, la reacció nuclear és més ràpida. Després cremen el carboni, originant neó, sodi i magnesi durant uns mil anys a 400 milions de graus. Finalment, cremen el neó en 3 anys per obtenir oxigen, magnesi i silici, cremen l’oxigen en 4 mesos per obtenir sofre, fòsfor i silici i, com darrera etapa, cremen el silici en 5 dies per obtenir níquel i ferro i exploten. Aquests darrers passos a uns 2 mil milions de graus de temperatura.
 |
Origen dels elements químics. Autor: Dr. Fernando Híjar |
5- Explosió estrelles massa fins 30 MꙨ . En arribar al ferro ja no es produeix més energia interior a l’estrella, però continua radiant a l’exterior i es refreda, produint un col·lapse gravitatori. Les capes exteriors es precipiten a una velocitat del 23% de la de la llum i col·lisionen amb el nucli de ferro que es fotodesintegra originant protons i electrons de molt alta energia que xoquen amb les capes externes i donen lloc a l’explosió de supernova tipus II creant els elements superiors, des del ferro fins al rubidi, per reorganització dels nuclis.
6- Fusió d’estrelles de neutrons. La primera es va detectar el 2017 al LIGO, com ones gravitacionals i brots de raigs gamma (GRB) al telescopi Fermi. Es van batejar com kilonoves, amb més brillantor que les noves però menys que les supernoves. Són processos més energètics i es creen els elements del niobi a l’urani. Els lantànids i actínids (terres rares) estan aquí inclosos.
7- Decaïment nuclear natural. És la radioactivitat, un nucli atòmic inestable emet energia, en forma de nucli d’heli, electrons o raigs gamma. Es creen nous isòtops d’elements ja existents i tots acaben convertint-se en plom.
8- Síntesi humana. Ha sintetitzat els elements que no existeixen a la naturalesa, per no ser estables com el tecneci amb N=43. També els elements posteriors al neptuni, element N=93, fins a l’oganessó N=118, sintetitzat l’any 2006 a Dubnà. Els laboratoris d’investigació es troben a la Facultat de Berkeley (EEUU), Institut Central d’Investigacions Nuclears a Dubnà (Rússia) i a l’Institut de Física Nuclear de Darmstadt (Alemanya) tots ells amb el seu accelerador de partícules.
És curiós però ni l’alumini ni el silici formen part de la vida, encara que sí formen part de l’escorça terrestre, en proporcions altes, 8 i 23%. Només algunes esponges i coralls utilitzen utilitzen silici, en forma d’òxid, per generar defenses dures. Altre curiositat és la dificultat de trobar fòsfor per l’abiogènesi (generació espontània), per la seva escassesa i disponibilitat, sent un 0,8% de la vida, però només un 0,1% a l’escorça.
Aquest escrit està basat en una xerrada del Dr. Fernando J. Híjar a l’Agrupació Astronòmica de Madrid el desembre de 2025.
Publicat a la Revista de Banyoles del setembre de 2026, número