El origen de los elementos químicos y la historia del Universo
Summary
TLDREste vídeo educativo explora el origen de los elementos químicos a través de la historia del universo. Desde el Big Bang hasta la formación de estrellas y supernovas, se detalla cómo se sintetizaron elementos desde el hidrógeno y helio hasta los más pesados como el uranio. Se explican los procesos de nucleosíntesis primigenia, la fusión en estrellas y la captura rápida de neutrones, así como la formación de elementos ligeros como el litio y el berilio por rayos cósmicos. El contenido es esencial para comprender la evolución del universo y la creación de la materia que nos rodea.
Takeaways
- 🌌 El origen de los elementos químicos está en la historia del universo, comenzando con el Big Bang hace aproximadamente 13.800 millones de años.
- 🔥 Durante la época de Planck, el universo estaba en una región de densidad inmensa y temperaturas extremas, donde las leyes de la física no se aplican.
- 🌀 La gran expansión ocurrió a 10^-36 segundos después del inicio del universo, disminuyendo la temperatura a 10^28 Kelvin y formando un caldo de partículas subatómicas.
- ⚛️ En el primer segundo del universo, la temperatura bajó a 10^10 Kelvin y aparecieron partículas como neutrones, protones, electrones, neutrinos, antinutrinos y fotones.
- 💥 A los 10 segundos, la nucleosíntesis primigenia permitió la formación de núcleos de deuterio, tritio, helio 3 y helio 4.
- 🌟 20 minutos después del Big Bang, la temperatura disminuyó a 10^8 Kelvin y se detuvo la formación de núcleos más pesados.
- 🌌 Aproximadamente 400.000 años después del Big Bang, el universo se volvió transparente debido al desacoplamiento, lo que permitió la propagación de la luz.
- 🌠 La formación de estrellas y galaxias comenzó cuando las nubes de hidrógeno y helio se acumularon por efecto gravitacional.
- 💥 En las estrellas, la fusión nuclear de hidrógeno en helio es el proceso que ocurre durante la vida de una estrella y es responsable de su luz y calor.
- 🌌 La muerte de estrellas masivas puede resultar en supernovas, donde se forman elementos más pesados del hierro hasta el uranio a través de la captura rápida de neutrones.
Q & A
¿Cuál fue el origen de los elementos químicos según el curso de apoyo docente?
-Los elementos químicos tienen su origen en la historia del universo, comenzando desde el Big Bang hasta la formación de estrellas y supernovas.
¿Cuál es la época de Planck y qué importancia tiene en la historia del universo?
-La época de Planck es el punto de inicio del universo, aproximadamente a 10 a la menos 43 segundos después del inicio, donde las leyes de la física no se aplican y no se puede extraer información.
¿Qué sucedió durante la gran expansión del universo?
-Durante la gran expansión, que ocurrió a 10 a la menos 36 segundos después del Big Bang, el universo se expandió 100 millones de veces su tamaño original.
¿Cuál fue la temperatura del universo en el primer segundo de su existencia?
-En el primer segundo de la vida del universo, la temperatura disminuyó a aproximadamente 10 a la 10 Kelvin.
¿Cómo se formó el primer núcleo de deuterio en el universo?
-El primer núcleo de deuterio se formó cuando protones y neutrones se fusionaron durante los primeros segundos de la vida del universo.
¿Cuál fue el resultado de la fusión de dos núcleos de deuterio?
-La fusión de dos núcleos de deuterio puede dar como resultado un núcleo de tritio y un protón, o un núcleo de helio 3 y un neutrón.
¿Cuál es la composición del universo después de la nucleosíntesis primigenia?
-Después de la nucleosíntesis primigenia, aproximadamente 99% del universo está conformado de hidrógeno y helio, con trazas de litio, deuterio y tritio.
¿Qué fenómeno ocurrió cuando los electrones y núcleos formaron los primeros átomos neutros?
-El fenómeno que ocurrió fue el desacoplamiento, donde los átomos neutros dejaron de absorber fotones y estos pudieron moverse libremente, permitiendo que la luz se propagara por el universo.
¿Cómo se forman las estrellas y sistemas solares en el universo?
-Las estrellas y sistemas solares se forman cuando las nubes de átomos de hidrógeno y helio se acumulan por efecto gravitacional, contraen y generan calor suficiente para comenzar las reacciones de fusión nuclear.
¿Qué sucede cuando una estrella耗尽了其内部的hidrógeno?
-Cuando una estrella耗尽了 su hidrógeno, comienza a contraerse, aumenta la temperatura en las capas externas y puede expandirse formando una gigante roja, donde pueden ocurrir reacciones de captura de helio para formar elementos más pesados.
¿Cómo se forman los elementos pesados después del hierro en el universo?
-Los elementos pesados después del hierro se forman durante la implosión de una supernova a través de un proceso llamado captura rápida de neutrones.
¿Cuáles son los tres elementos que se forman en el medio interestelar debido a la interacción con rayos cósmicos?
-Los tres elementos que se forman en el medio interestelar por interacción con rayos cósmicos son litio, berilio y boro.
Outlines
🌌 Origen de los elementos químicos y la historia del universo
Este párrafo introduce el video y el tema principal, que es el origen de los elementos químicos a través de la historia del universo. Se describe el comienzo del universo en el 'Big Bang', donde existía una región de densidad inmensa y temperaturas extremadamente altas. Se menciona la época de Planck y cómo las leyes de la física no se aplican en ese momento. Posteriormente, se narra la expansión del universo y la formación de partículas subatómicas como gluones y quarks. Se destaca que en el primer segundo del universo, las temperaturas disminuyeron y aparecieron partículas como neutrones, protones, electrones, neutrinos, antinutrinos y fotones, que no podían formar núcleos estables debido a las condiciones extremas de temperatura.
🔥 Nucleosíntesis primigenia y formación de átomos
Este párrafo explica el proceso de nucleosíntesis primigenia, que ocurrió en los primeros 10 segundos del universo, donde las temperaturas permitieron la fusión de protones y neutrones para formar los primeros núcleos de deuterio. Se describen las reacciones nucleares que llevaron a la formación de núcleos de helio y otros elementos más pesados como berilio y litio. Se resalta que casi todo el litio en el universo se generó en esta etapa. Además, se menciona que a los 20 minutos, la temperatura del universo disminuyó lo suficiente como para detener la formación de núcleos más pesados. Se concluye que el 99% del universo está compuesto de hidrógeno y helio, con trazas de litio, deuterio y tritio.
🌠 Formación de estrellas y elementos pesados
Este párrafo detalla cómo, a medida que el universo se enfría y se expande, las nubes de hidrógeno y helio se acumulan y forman estrellas. Se describe el proceso de fusión nuclear que ocurre en las estrellas y cómo esta fusión da lugar a la creación de elementos más pesados como carbono, oxígeno, neon, sodio, magnesio, silicio, fósforo y azufre. Se explica que las estrellas de baja masa terminan como enanas blancas, mientras que las de alta masa pueden alcanzar temperaturas suficientes para formar elementos hasta el hierro y, en supernovas, desde el hierro hasta el uranio. Además, se menciona la formación de neutrones en supernovas y cómo estos pueden interactuar con otros núcleos para formar elementos más pesados.
💥 Formación de elementos ligeros y vida de una estrella
Este párrafo aborda la formación de elementos ligeros como litio, berilio y boro, que no se forman en las supernovas ni en las estrellas normales, sino que se crean a través de la interacción de rayos cósmicos con núcleos atómicos en el espacio interestelar. Se describen las reacciones nucleares específicas que resultan en la formación de estos elementos. Finalmente, se resumen los cinco mecanismos distintos de formación de núcleos: hidrógeno y helio formados segundos después del Big Bang, carbono y oxígeno en estrellas de baja masa, núcleos entre carbono y hierro en estrellas de alta masa, y los elementos entre hierro y uranio formados en supernovas. Se invita al espectador a reflexionar sobre la información presentada y a responder a preguntas sobre el tema.
Mindmap
Keywords
💡Big Bang
💡Núcleos subatómicos
💡Neutrones y protones
💡Nucleosíntesis primigenia
💡Desacoplamiento
💡Estrellas
💡Supernova
💡Rayos cósmicos
💡Agujero negro
💡Tabla periódica
Highlights
El origen de los elementos químicos se puede rastrear a través de la historia del universo.
El universo comenzó en el 'Big Bang', un evento que ocurrió hace aproximadamente 13.800 millones de años.
Durante la época de Planck, las leyes de la física no se aplican y no se puede obtener información.
La gran expansión del universo ocurrió a 10 a la menos 36 segundos después del Big Bang.
El universo en sus inicios estaba compuesto por un caldo de partículas subatómicas como gluones y quarks.
En el primer segundo del universo, las temperaturas disminuyeron lo suficiente para que aparecieran neutrones, protones y electrones.
La nucleosíntesis primigenia fue el proceso que formó los primeros núcleos de deuterio y helio.
La fusión de núcleos de deuterio y helio permitió la formación de núcleos más pesados.
La mayoría del litio en el universo se formó en la última reacción de la nucleosíntesis primigenia.
20 minutos después del Big Bang, la temperatura del universo disminuyó lo suficiente para que los núcleos de hidrógeno y helio se estabilizaran.
El universo en su estado inicial era un plasma opaco, donde los fotones interactuaban con electrones y no podían moverse libremente.
Después de aproximadamente 400,000 años, el universo se enfrió lo suficiente para que los electrones y núcleos formaran átomos y la luz pudo propagarse libremente.
La radiación de cuerpo negro es la emisión electromagnética que ocurre cuando la materia está caliente, como en el caso del universo primordial.
Las estrellas y galaxias comenzaron a formarse a partir de nubes de hidrógeno y helio en el universo enfriándose.
La vida de una estrella comienza con la fusión nuclear de hidrógeno para formar helio, lo que produce energía y hace que la estrella se expanda.
Cuando una estrella se quema todo su hidrógeno, comienza a fusionar helio para formar carbono y oxígeno, lo que la lleva a expandirse y convertirse en una gigante roja.
Las estrellas de baja masa terminan su vida como enanas blancas, mientras que las de alta masa pueden explotar en supernovas o formar agujeros negros.
Durante una supernova, los elementos más pesados del hierro 56 al uranio se forman a través de la captura rápida de neutrones.
Los elementos ligeros como berilio, litio y boro se forman en el espacio interestelar por la interacción de rayos cósmicos con núcleos atómicos.
Transcripts
Hola Mi nombre es Antonio y te doy la
bienvenida a cadmio curso de apoyo
docente con material interactivo en este
vídeo vamos a ver el origen de los
elementos químicos a través de la
historia del universo Acompáñame
todo empieza aquí en el origen del
universo en un punto en el que no había
absolutamente nada
en el tiempo cero hace más o menos
13.500 millones de años
de pronto se formó una mota de luz todo
el universo se encontró en una región de
inmensa densidad para darnos cuenta este
espacio tenía un diámetro de 10 a la
menos 35 metros una temperatura por
encima de 10 a la 32 Kelvin y una
densidad tan inmensa como 10 a la 96
gramos por centímetro cúbico en este
punto como te podrás imaginar las leyes
de la física no se aplican por lo que no
podemos extraer ninguna información a
este momento se le conoce como la época
de planck más o menos a 10 a la menos 43
Segundos del inicio del todo
una fracción de segundo después vino la
gran expansión
a 10 a la menos 36 segundos el universo
ya se expandió 100 millones de veces
esta gran expansión también se conoce
como el Big Bang o gran explosión Aunque
de explosión no tiene nada la
temperatura disminuyó drásticamente a 10
a la 28 Kelvin esto sigue siendo muy
caliente y en este momento en el
universo hay un caldo de partículas
subatómicas que son básicamente gluones
y quarks
el Universo se sigue expandiendo creció
hasta 10 a la 26 veces su tamaño y la
temperatura disminuye drásticamente
pasamos de 10 a la 28 a más o menos 10 a
la 22 Kelvin todo esto en una fracción
de segundo
Cuando llegamos al primer segundo de la
vida del universo la temperatura ya
disminuyó a 10 a la 10 k en este punto
aparece neutrones protones electrones
neutrinos antinutrinos y fotones como
puedes ver se encuentran presentes las
partículas subatómicas que conforman a
los núcleos sin embargo en estas
condiciones de temperatura las
partículas no pueden interactuar entre
sí y no se pueden formar núcleos
estables
Lo que sucede es que estas partículas se
encuentran en equilibrio
reconvirtiéndose unas en otras
constantemente por ejemplo los neutrones
que son inestables decaen
espontáneamente formando protones
electrones y antinutridos
un electrón y un protón pueden
interactuar para formar un neutrón y un
neutrino
De igual forma un neutrón y un electrón
pueden formar un protón y un antinetrino
por lo que estas reacciones siguen
ocurriendo Y tenemos un equilibrio Estas
son las partículas presentes Cuando
llegamos a los 10 primeros segundos de
la vida del universo la temperatura
desciende un poco más a 10 a la 9 Kelvin
Y en este punto protones y neutrones se
fusionan para dar origen a los primeros
núcleos de deuterio
la fusión de dos núcleos de deuterio da
como resultado un núcleo de tritio y un
protón o un núcleo de helio 3 y un
neutrón la fusión de estos núcleos
permitió entonces generar núcleos más
pesados
Asimismo el núcleo de tritio y un protón
pueden formar un núcleo de helio4 y un
fotón y el núcleo de helio 3 más un
neutrón forma también un núcleo de helio
4 y un fotón
un núcleo de helio 4 y un núcleo de
helio 3 pueden formar un núcleo de
berilio 7 que al interactuar con un
electrón da origen a un núcleo de litio
7 y un neutrino en el recuadro te pongo
las ecuaciones de las reacciones
nucleares para que te des una idea de
cómo se llevan a cabo estos procesos
de esta forma a los 10 segundos de la
vida del universo prácticamente hemos
terminado la nucleosíntesis primigenia
aquí te pongo un resumen de las
ecuaciones de las reacciones nucleares
que se llevan a cabo es importante notar
que casi todo el litio siete en el
universo que es muy poquito Se generó en
esta última reacción a partir del
berilio 7 los núcleos con masa 5 y 8 al
ser inestables ya no se formaron en esta
etapa 20 minutos después cuando la
temperatura disminuye a 10 a la 8 Kelvin
la repulsión de los núcleos empezó a ser
mayor que la energía térmica liberada en
las reacciones nucleares Y entonces ya
no se formaron núcleos más pesados
para resumir hasta este punto 99% del
universo es está conformado de hidrógeno
y helio además hay unas trazas de litio
siete deuterio y tritio todo esto en un
plasma con electrones y fotones
recuerda que hasta este punto se trata
de núcleos y no de átomos neutros Así es
como termina la síntesis nuclear
primigenia hoy en día la composición del
universo ha cambiado un poco pero no
tanto 98% del universo sigue siendo
hidrógeno y helio
en este punto el universo es un plasma
muy caliente en el cual hay núcleos y
electrones
hagamos un pequeño paréntesis para
analizar un efecto físico la radiación
de cuerpo negro cuando la materia está
caliente emite radiación
electromagnética lo mismo ocurre al
calentar una bombilla que es un
filamento de tungsteno calentado por una
resistencia o al forjar metales donde
observamos que al calentarlo pasa a
tener una coloración roja amarilla
incluso Blanca así también funcionan los
termómetros infrarrojos que detectan la
temperatura que emite nuestro cuerpo en
el espectro de la región del espectro
del infrarrojo esta emisión depende de
la temperatura
lo mismo le ocurre al plasma caliente
que es el universo emite radiación de
cuerpo negro por lo que hay presencia de
fotones
sin embargo los fotones interactúan
fuertemente con las partículas cargadas
en este caso con los electrones y no
pueden atravesar el plasma son
constantemente absorbidos y dispersados
el universo en este punto es opaco
hay que esperar entonces más o menos
400.000 años a que la temperatura
disminuya por debajo de los 10.000
Kelvin
Ahora nos encontramos en un plasma no
tan caliente y al bajar la temperatura
los electrones y los núcleos pueden
formar los primeros átomos
como consecuencia de ello los átomos
neutros ya no absorben a los fotones
estos pueden moverse libremente a través
del plasma y Por ende se hizo la luz
este fenómeno se conoce como
desacoplamiento la radiación que se
liberó súbitamente llenó todo el
universo e incluso hoy la remanencia de
ese instante sigue siendo observable
a partir de aquí hay que esperar más o
menos 100 millones de años el universo
continúa expandiéndose y enfriándose y
en las zonas más frías del universo se
empezaron a formar nubes de átomos de
hidrógeno y helio por efecto
gravitacional se fueron acumulando estos
átomos y así nacieron las estrellas
aquí te pongo otro diagrama del mismo
fenómeno las nubes de hidrógeno y helio
se empiezan a contraer se forma un
núcleo denso y se genera una estrella a
partir de ahí se podrán formar también
sistemas solares
como decía a partir de estas estrellas
empezaron a formarse sistemas solares y
galaxias
aquí te pongo algunas imágenes del
universo es increíble no
a veces da un poco de vértigo pero
realmente es hermoso
volvamos al nacimiento de las estrellas
cuando se acumuló suficiente materia
para formar una estrella la temperatura
empezó a aumentar por efecto de la
gravedad más o menos hasta 10 a las 7
Kelvin en este punto los átomos vuelven
a estar ionizados es decir ya no son
átomos neutros y se pueden dar
reacciones de fusión
en estas condiciones se desata una
reacción en cadena para la formación de
helio 4 dos núcleos de hidrógeno
colisionan para dar núcleos de deuterio
que vuelven a colisionar con otro núcleo
de hidrógeno para formar núcleos de
helio 3 la colisión de dos núcleos helio
3 forma núcleos de hidrógeno y un núcleo
de helio 4
esta reacción es lo que ocurre
básicamente durante la vida de una
estrella hay fusión nuclear la
temperatura aumenta la presión
provoca que la estrella se expanda Una
vez que se ha expandido la temperatura
disminuye la fuerza gravitacional vuelve
a contraer a la estrella la temperatura
vuelve a aumentar y vuelve a haber
fusión nuclear
claro esto sucede hasta que se acaba el
hidrógeno
cuando sucede eso la estrella se contrae
aumenta la temperatura pero solo en las
capas externas se sigue formando helio
Con el poco hidrógeno que queda en ese
punto la estrella se expande muchísimo y
forma una gigante Roja la densidad de
esta nueva estrella es baja y el
material empieza a desprenderse en el
espacio a esto se le conoce como
nebulosa planetaria aunque no tiene nada
que ver con los planetas
con tanto helio empiezan a ocurrir
reacciones de captura de helio 4 dos
núcleos de helio colisionan para formar
un núcleo de berilio 8 que
inmediatamente colisiona con un núcleo
de helio 4 para formar carbono 12 este
puede colisionar con otro núcleo de
helio 4 para formar oxígeno 16 y así es
como básicamente se produjo el carbono y
el oxígeno en el universo
a partir de aquí hay dos posibilidades
cuando se trata de estrellas de baja
masa es decir menos de 10 veces la masa
de nuestro sol la contracción
gravitacional es pequeña y no se
alcanzan las temperaturas necesarias
para las reacciones de fusión de carbono
ni de oxígeno como consecuencia se
empieza a acumular carbono y oxígeno en
la estrella el hidrógeno y el helio ya
se han agotado y lo que se obtiene es un
cadáver estelar llamado enana blanca
en cambio Si la estrella tiene una masa
muy alta es decir más de 10 veces la
masa solar la contracción gravitacional
es grande y entonces se pueden alcanzar
temperaturas necesarias para las
reacciones de fusión de carbono y
oxígeno dos núcleos de carbono funcionan
para formar Neón o sodio o magnesio y
los de oxígeno pueden formar silicio
fósforo o azufre
mediante diferentes procesos se pueden
ir formando todos los elementos de la
tabla periódica entre el que están entre
el carbono y el hierro 56 y hasta aquí
todas las reacciones de formación de
núcleos más pesados a pesar de que
requieren mucha energía son exotérmicas
es decir que liberan más energía de la
que necesitaron para llevarse a Cabo
pero a partir del hierro 56 todas las
reacciones son endotérmicas y Por ende
ya no se llevan a cabo
se empieza entonces a acumular hierro 56
y níquel 56 En el núcleo de la estrella
muriente y la densidad aumenta muchísimo
y llega un punto en que la estrella
colapsa los núcleos se desintegran y la
estrella sufre una implosión liberando
una energía colosal a esto se le conoce
como supernova
aquí te pongo una imagen tomada por un
observatorio australiano en mayo del 89
Fíjate en estas cuatro estrellas van a
ser nuestra referencia
unos años más tarde en 2002 un
observatorio estadounidense tomó esta
imagen fíjate como estas cuatro
estrellas siguen estando en el mismo
punto pero apareció una luz
impresionante
afortunadamente en ese momento ya
contábamos con telescopios de Gran
calidad como el joven que logró tomar
estas fotos de la implosión de una
supernova aquí se puede ver con el paso
del tiempo cómo se fue liberando
materiales espacial en el universo
Lo que sucede es que debido a la
desintegración del hierro se liberan
neutrones que al interactuar con
distintos núcleos que estaban presentes
ya sea de hierro de níquel o núcleos más
ligeros se forman nuevos núcleos más
pesados a este proceso se le llama
captura rápida de neutrones con este
proceso de captura rápida de neutrones
se pudieron formar todos los elementos
entre el hierro 56 y el uranio
después de la implosión de una supernova
hay otra vez dos posibilidades y
dependen de la masa de la Estrella si la
masa no es tan grande se forma una
estrella de neutrones o pulsares
si en cambio la estrella tiene una masa
muy muy grande se puede formar un hoyo
negro aquí te pongo una foto del event
Horizon telescope de tomada en 2017 y
una representación de un agujero negro
de la película Interestelar de
Christopher nolan es impresionante no
Aquí está resumida la vida de una
estrella a partir de una nube de
hidrógeno y helio se pueden formar
estrellas de alta masa o de baja masa
después gigante rojas nebulosa
planetaria o supernova y los cadáveres
Estelares son un poco distintos de un
lado se forma un enana blanca y del otro
puede ser una estrella de neutrones o un
agujero negro
hasta aquí hemos visto Cómo se formó
hidrógeno y helio y cómo se formaron los
núcleos a partir del carbono hasta
hierro 56 y después todos aquellos que
son más pesados entre el hierro 56 y el
uranio Pero hay tres elementos que
todavía no hemos visto Cómo se forman
litio berilio y Boro ciertamente un poco
de litio 7 se formó en la nucleosíntesis
primigenia pero no explican ni su
abundancia en el universo ni la de litio
6 Entonces cómo se formaron la respuesta
está en los rayos cósmicos en el espacio
algunas partículas cargadas como
protones o núcleos de helio 4 viajan a
velocidades cercanas a la velocidad de
la luz y se les conoce como rayos
cósmicos
en el medio Interestelar es decir entre
las estrellas estos rayos cósmicos
viajan a gran velocidad y pueden
colisionar con núcleos Como por ejemplo
con núcleos de carbono 12 Lo que sucede
es que un protón astilla un núcleo de
carbono 12 liberando expulsando un
protón de ese núcleo y esto permite
formar núcleos más ligeros como un
núcleo de borons de esta forma también
se forma berilio 9 litio seis y Boro 10
aquí te pongo las ecuaciones de las
reacciones nucleares por si quieres
saber más acerca de cómo sucede
en resumen vimos cinco mecanismos
distintos para la formación de núcleos
hidrógeno y helio que se formaron
segundos después del Big Bang
carbono y oxígeno que se forman durante
la muerte de estrellas de baja masa
todos los núcleos entre carbono y hierro
56 que se forman durante la muerte de
estrellas de masa grande
los núcleos entre hierro 56 y uranio que
se forman durante la implosión de una
supernova y
berilio litio y Boro que se forman en el
medio Interestelar por el choque a altas
velocidades de los rayos cósmicos
hasta aquí Hemos llegado ahora es tu
turno pausa el video y trata de
responder a las siguientes preguntas
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