ORIGEN DELS ELEMENTS QUÍMICS. Per què no n’hi ha més elements que els que apareixen a la taula periòdica?

Eduard Bes. Llicenciat en Química

<<Aquest text neix arran d’una pregunta (la del subtítol) molt encertada per part d’un dels participants durant la primera sessió del Curs sobre Dipòsits Minerals que està impartint el GMC. En aquell moment vaig fer una curta intervenció per a donar una mica de llum però crec que, amb l’aportació següent, la qüestió pot quedar bastant aclarida>>

---

En aquest curt text pretenc explicar l’origen dels elements químics de forma simple i esclaridora. S’obvien moltes facetes que matisen algunes de les exposicions fetes però crec que s’il·lustra fidelment el tema abordat.

La taula periòdica dels elements, en la seva versió coneguda i acceptada per la comunitat científica, es deu al químic rus Dimitri Mendeleiev. Aquest científic no només va aconseguir organitzar tots els elements coneguts fins llavors, 68, d’una manera coherent i raonada, sinó que a més va establir les bases per a poder ordenar els elements que es poguessin descobrir a futur i que, efectivament , així ha estat. Actualment la taula periòdica en té 118.

Com a apunt conceptual -veure més avall-, la taula periòdica està organitzada en períodes (les fileres), que corresponen als diferents nivells electrònics ocupats, i en grups (les columnes), que fan referència al número d’electrons que es troben a les capes electròniques més externes.

És sabut que la frase “som pols d’estrelles” pronunciada per Carl Sagan és essencialment certa, en el sentit que els nostres constituents en la seva mínima expressió química, els elements, provenen de diversos processos produïts a l’Univers i, per tant, tenen els seu inicis en processos estel·lars i cosmològics. Tot i això, no tots els elements provenen de processos naturals.

Així es poden observar fins a quatre orígens diferents: nucleosíntesi primordial, estel·lar, mitjançant supernova i artificial.

L’hidrogen i l’heli es van formar durant la recombinació de nucleons (protons i neutrons) i electrons després que l’Univers es refredés suficientment per a permetre-ho. Això va ser al cap d’uns minuts després del Big Bang, abans que es formessin les primeres estrelles, i s’anomena nucleosíntesi primordial. No va aparèixer cap altre element (a excepció d’ínfimes quantitats de liti i beril·li).

Aquests dos elements (H i He) van ser fonamentals en la formació de les estrelles. A mesura que s’anaven agrupant quantitats ingents d’aquests dos elements en el procés de síntesi de les estrelles, la pressió de la gran massa acumulada va desencadenar reaccions de fusió i fissió nuclears que van ser l’origen de nous elements: tots els que van des del liti fins al ferro, ambdós inclosos (número atòmic límit de Z=26). Aquest procés es coneix com a nucleosíntesi estel·lar i és la següent manera en què s’han format, es formen i seguiran fent-ho aquest grup d’elements. Per exemple, el carboni, l’oxigen, el sodi, l’alumini, el clor o el crom tenen el seu origen en el si de les estrelles. A partir d’aquí, les condicions de l’interior de les estrelles no permeten donar origen a elements més pesats de la taula periòdica, és a dir amb números atòmics superiors, ja que els processos fins a aquest punt són exotèrmics (produeixen energia) i per a Z majors són endotèrmics (absorbeixen energia) i les estrelles no són capaces de proporcionar-la. Així, d’on venen d’altres elements com l’or, el neodimi o l’urani?

Aquests elements requereixen d’una energia molt més elevada per a formar-se a causa de diferents aspectes que ara no cal exposar, de manera que és necessari cercar altres zones de l’Univers on això és possible: les explosions de grans estels anomenats supernoves. La immensa energia despresa en aquestes megaexplosions aporten energia suficient com per a aconseguir, entre fraccions de segon i alguns segons, les reaccions de síntesi dels elements més pesants (Z > 26): des del cobalt fins a l’urani. Aquestes explosions són les encarregades d’escampar per tot l’espai tots els elements ja formats a l’estrella (fins al Fe) i els que es formen en el mateix cataclisme.

A tot això hi ha dues excepcions: el tecneci i el prometi, elements que no existeixen a la Natura i que només s’han sintetitzat al laboratori (hi ha minses quantitats producte de la cadena de desintegració d’altres elements radioactius).

A partir d’aquí cal esmentar que la resta d’elements, des del neptuni (número atòmic Z = 93), han estat produïts també de manera artificial per diferents mètodes a laboratori. Majoritàriament són radioactius i alguns tenen períodes de semidesintegració molt petits. Això sí, tots tenen el seu lloc reservat a la taula periòdica. Igual que en el cas del Tc i Pm, alguns d’aquests es localitzen en quantitats minúscules a la Natura per la mateixa raó.

Tot i això, no s’exclou que en una supernova es puguin donar les condicions perquè es formin durant uns instants elements transurànids, però a causa dels seus períodes de desintegració tan petits, no és possible que assoleixin la Terra. Per tant es descarta l’aparició o arribada a la Terra d’elements “nous” o “desconeguts” més enllà dels que ja es coneixen i són suficientment estables (colors verd, taronja i blau de la taula periòdica adjunta). El temps dirà si, artificialment, se’n poden “fabricar” més al laboratori.