capitulo 1 geoquimica - unamdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1-1-gran-explosion... · 2014. 8....

ORIGEN DE LOS ELEMENTOS QUIMICOS

ORIGEN, FORMACION Y ESTRUCTURA DE LA TIERRA

LOS ELEMENTOS QUIMICOS EN LA NATURALEZA

CAPITULO 1

GEOQUIMICA

HUGO TORRENS

LOS MAYAS

CONCEBIAN

ERAS CON UNA

DURACION DE

TRECE BAKTUNS

PERIODO DE

144 000 DIAS

LO QUE

EQUIVALDRIA A

UNOS

5100 AÑOS.

SEGUN CIERTAS CORRELACIONES CALENDARICAS, NUESTRA ERA

HABRIA SIDO CREADA HACIA EL AÑO 3113 A.C. Y DEBERIA TERMINAR, AL

COMPLETARSE EL

“GRAN CICLO DE LA LARGA CUENTA”

EN DICIEMBRE DEL AÑO 2012…!!

HUGO TORRENS

¿ CUAL ES EL ORIGEN DEL UNIVERSO ?

TEORIA DE LA GRAN EXPLOSION

UN LUGAR Y UN TIEMPO

15-18 MILMILLONES AÑOS

CENTRO DEL UNIVERSO

TEORIA TEORIA

PERMANENTE OSCILATORIA

HUGO TORRENS

¿QUE EVIDENCIAS EXISTEN PARA PENSAR

EN LA GRAN EXPLOSION?

HUGO TORRENS

1101A

HUGO TORRENS

CHRISTIAN ANDREA DOPPLER

HUGO TORRENS

1101

HUGO TORRENSHUGO TORRENS

1101A

HUGO TORRENS

CHRISTIAN ANDREA DOPPLER

HUGO TORRENS

OTRAS EVIDENCIAS…

HUGO TORRENS

…Y SUS CONSECUENCIAS

1103B

HUGO TORRENS

A MARIA CURIE LE CONCEDIERON, EN 1911, EL PREMIO NOBEL DE QUIMICA

POR SUS DESCUBRIMIENTOS Y ESTUDIOS DE LOS ELEMENTOS RADIO Y

POLONIO. ELLA FUE LA UNICA MUJER, HASTA AHORA, A LA QUE SE LE HAN

CONCEDIDO DOS PREMIOS NOBEL.

PREMIO NOBEL 1903 DE FISICA CONCEDIDO (MITAD) A HENRI BECQUEREL

POR SU DESCUBRIMIENTO DE LA RADIACTIVIDAD ESPONTANEA Y A

MARIA Y PIERRE CURIE (MITAD) POR SUS INVESTIGACIONES SOBRE LOS

FENOMENOS DE RADIACION DESCUBIERTOS POR BECQUEREL.

HUGO TORRENS

INTERLUDIO DE

FISICA DE PARTICULAS

UN DIA COMUN Y CORRIENTE DE 1896, H. BECQUEREL GUARDA UNAS

PLACAS FOTOGRAFICAS EN UN CAJON JUNTO A UNA MUESTRA DE

URANIO Y SE INICIA LA ERA ATOMICA…

LAS PLACAS SE VELARON Y DEDUJO QUE SE DEBIO A UNA RADIACION

DESCONOCIDA PROVENIENTE DEL URANIO.

EN 1899, GIESEL Y MEYER DESCUBREN UN SEGUNDO TIPO DE

RADIACION .

EN 1900, CURIE, BECQUEREL Y VILLARD ENCUENTRAN UNA TERCERA.

EN 1903, RUTHERFORD LLAMO ALFA A LA PRIMERA -- Y, PUESTOS A

BAUTIZAR, LLAMO BETA -- A LA DE GIESEL Y GAMA -- A LA DE CURIE.

HOY SABEMOS QUE:

= 4He2

= e-

= FOTONES

¿QUÉ OTRAS PARTICULAS EXISTEN?

MARIE CURIE (1837-1934)

HUGO TORRENS

1104

HUGO TORRENS

RAYOS COSMICOS Y PARTICULAS FUNDAMENTALES

L

X+X+2584 X X

S+S+ S-2335 S S- S

2185

p+1837 n p- n´

+966 -

p+p-270 X X

m+m-207

e+e-1

0 n n´

0 X X

L

p

+

MATERIA ANTIMATERIA

HUGO TORRENS

RAYOS

COSMICOS Y

PARTICULAS

ELEMENTALES…

EL CIRCULO MAYOR MARCA LA RUTA DEL ACELERADOR QUE SE

ENCUENTRA 100m BAJO TIERRA Y MIDE 27 Km.

LA FRONTERA DE FRANCIA Y SUIZA VISECTA AMBOS ANILLOS DE

ACELERACION.

ACELERADOR EUROPEO DE PARTICULAS

HUGO TORRENS

DECAIMIENTO ISOTOPICO…

RADIACION ALFA

8Be4 24He2 = =

HUGO TORRENS

= 4He2

= e = FOTON

RADIACION GAMA

7Be4* 7Be4 +

ESTADOEXCITADO

ESTADOBASAL

HUGO TORRENS

= 4He2

= e = FOTON

BETA-NEUTRINO

-

n´

6He2* 6Li3 + + n

HUGO TORRENS

n = p + - + n´

POSITRON-NEUTRINO

+

n

6Be46Li3 + + + n

HUGO TORRENS

p = n + + + n

CAPTURA DE ELECTRONES

RAYOS X

7Be4 + e- 7Li3 + RAYOS X p + e- = n + n

HUGO TORRENS

1103C

SEGUNDA RADIOGRAFIA TOMADA POR

RONTGEN A LA MANO DE SU ESPOSA…

22 DICIEMBRE 1895

CAPTURA DE NEUTRONES

Fe

54Fe26 + xn 92U238 + ????

HUGO TORRENS

REACCIONES

NUCLEARES

,3n , 2n , n

p, n p,

d, n

,np

, n

n, 2n

Nuc n,

d, p

, pn

d,

, p

n, np

n,p

n,

HUGO TORRENS

RADIACTIVIDAD

-

n Nuc

p +

HUGO TORRENS

COLISIONES ENTRE PARTICULAS

¿CON QUE ENERGIA?

HUGO TORRENS

1105C

ALGUNAS REACCIONES FUNDAMENTALES…

= 4He2

= e = FOTON

HELIO 4He2

DEUTERIO 2H1DEUTERIO 2H1

ALTA ENERGIA

HUGO TORRENS

PROTONNEUTRON

ENERGIA MAS...

HUGO TORRENS

ALTA ENERGIA

PROTON

NEUTRON

ELECTRON

NEUTRINO

ALTA ENERGIA

HUGO TORRENS

PROTON

ELECTRON

HIDROGENO 1H1

HUGO TORRENS

BAJA ENERGIA

HELIO 4He2

HELIO 4He2

2 ELECTRON

HUGO TORRENS

BAJA ENERGIA

PROTON

NEUTRON

DEUTERIO 2H1

HUGO TORRENS

BAJA ENERGIA

CARACTERISTICAS NUCLEARES

NUCLEOS ESTABLES E INESTABLES

¡RECUERDE!p+n=14N7=Z=p

NUCLEOS CON NUMEROS ATOMICOS (Z) PARES SON MAS

ABUNDANTES QUE CON NUMEROS IMPARES

C6, O8, Mg12 >> N7, Al13, P15

NUCLEOS CON NUMEROS PARES DE PROTONES Y DE NEUTRONES

(PAR-PAR) SON MAS ABUNDANTES Y MAS ESTABLES QUE LOS

NUCLEOS IMPAR-IMPAR.

LOS PAR-IMPAR TIENEN ESTABILIDAD INTERMEDIA.40Ca20>>47Ti22>>34Cl17

LOS NUCLEOS MAS ABUNDANTES Y ESTABLES HASTA Z=20 TIENEN

IGUAL NUMERO DE NEUTRONES QUE DE PROTONES.4He2(99.99%), 14N7(99.65%), 40Ca20(96.98%)3He2(0.01%), 15N7(0.55%), 43Ca20(0.13%)

SIN EMBARGO (EXCEPCION)

19F9, 23Na11 Y 27Al13, Z IMPAR Y p≠n, SON LOS MAS

ESTABLES Y ABUNDANTES.

NUCLEOS CON p O n 2, 8, 20, 50, 82 Y 126 SON

ESPECIALMENTE ESTABLES. NUMEROS MAGICOS.

CUANDO SE FORMAN NUCLEOS LIGEROS SE EMITE ENERGIA Y LA MASA

RESULTANTE ES MENOR QUE LA SUMA DE LOS PARTICIPANTES:

8Be4 + 8Be415.9949O8 + ENERGIA

LA MASA DE O8 ES 15.9949 UMA MIENTRAS QUE LA SUMA DE 8 PROTONES (8 X

1.0078) Y 8 NEUTRONES (8 X 1.0078) ES 16.132 UMA

LA DIFERENCIA DE 0.1371 UMA ES LA MASA QUE SE PIERDE EN LA FORMACION

DEL NUCLEO Y CORRESPONDE A 128 MeV

LA ENERGIA POR NUCLEON ES 128/16 = 8 MeV QUE SE CONOCE COMO LA

ENERGIA DE AMARRE DEL NUCLEO Y QUE VARIA CON Z HASTA UN MAXIMO

PARA EL 54Fe

ZFe

E Amarre

LA ENERGIA DE AMARRE ES PROPORCIONAL AL NUMERO DE NUCLEONES.

SIN EMBARGO, PARA MASAS MAYORES A 56, LA REPULSION ENTRE

PROTONES DESESTABILIZA AL NUCLEO Y ESTO SE CONTRARRESTA CON

UN AUMENTO EN EL NUMERO DE NEUTRONES.

POR ELLO, DESPUES DEL HIERRO, LOS NUCLEOS PESADOS TIENEN MAS

NEUTRONES QUE PROTONES.

z

n

AQUELLOS NUCLEOS QUE CAEN FUERA DEL AREA DE ESTABILIDAD SUFREN

DECAIMIENTO RADIACTIVO HASTA PRODUCIR UN NUCLEO ESTABLE

ENERGIA DE AMARRE

NUCLEOS

ESTABLES

N

Z

57Fe Z

E.A.

Mev

HUGO TORRENS

DOS PROCESOS QUE VALE LA PENA RECORDAR...

FISION FUSION

1104H

USO DE ANTIMATERIA

EN LA UNAM…

p* + Xe p* + e+ + e- + Xe

CHEM. ENG. NEWS

ENERO 15, 1996

p* = ANTIPROTON

e+ = POSITRON

e- = ELECTRON

Xe = ATOMO DE XENON

H*

SINTESIS DE

ANTIHIDROGENO

p*

H*

Xe

REGRESO AL ORIGEN DEL UNIVERSO…

1.- ASUMA EL UNIVERSO CON NEUTRONES, PROTONES, ELECTRONES, ETCETERA.

MENOS DE 1 SEG. 1010K. p=n

2.- NEUTRONES Y PROTONES TRANSMUTAN

p + e n + n O BIEN n + e+ p + n´

1107

HUGO TORRENS

4.-LA EXPANSION CAUSA QUE LA TRASMUTACION

SE DETENGA

3.- LOS NEUTRONES SON MAS PESADOS QUE LOS PROTONES

Y SON MAS DIFICILIES DE PRODUCIR. TRAS 1 SEGUNDO,

HAY 5 PROTONES POR CADA NEUTRON

5.- EN ESAS CONDICIONES, LOS NEUTRONES SON

RADIOACTIVOS CON VIDA MEDIA DE 15 MIN.

DESPUES DE TRES MINUTOS, 1/3 DE LOS n HAN

PRODUCIDO p CON UNA RELACION DE 1:8

n p + n´ - e+

6.- DESPUES DE TRES MINUTOS, SE FORMA EL

PRIMER NUCLEO DE HELIO Y TERMINA CUANDO

SE AGOTAN LOS NEUTRONES

POR LO TANTO, 25% DE LA MASA DEL UNIVERSO

ES HELIO Y 75% PROTONES (HIDROGENO)...

1109

HUGO TORRENS

CUANDO LA ENERGIA BAJA LO SUFICIENTE, SE FORMA

EL MAS SIMPLE DE LOS NUCLEOS…

+

AHORA YA EXISTEN PROTONES, NEUTRONES Y DEUTERIO.

DURANTE LOS SIGUIENTES 3 O 4 MINUTOS TODOS

REACCIONAN+

+

O BIEN... +

+

LA TENTACION ES SEGUIR CONSTRUYENDO...

PERO...

2H11H1

1n0

2H11n0

3H1

3H11H1

4He2

2H11H1

3H2

3He2

1n0

4He2

4He2

4He2

8Be4

4He21H1

5Li3

4He21H2

5He4

+++

1110

HUGO TORRENS

LIMITE DEL HELIO

106 AÑOS

FORMACION DE ESTRELLAS

1H1

1n0

2H1

.015%

2He2

5Li3

0 %

1H1

1n0

4He2

5He2

0 %

8Be4

0 %

3He2

0 %

1H1

1n0

2H1

2He2

3H1

0 %

4He2

99.9 %

4Li3

0 %

1H1

3Li3

0 %

1H1

1n0

2H1

2He2

3He2

0 %

4Li3

0 %

4Be4

0 %

HUGO TORRENS

NEBULOSA

HIDROGENO=

HELIO=

FORMACION DE

ESTRELLAS

ESTRELLA DE HELIO

ESTRELLA DE

HIDROGENO

HUGO TORRENS

HUGO TORRENS

NEBULOSA DEL CANGREJO

FORMACION DE ESTRELLAS

Y SINTESIS NUCLEAR

1114

HUGO TORRENS

SOL MUERTE

1.4 MASA DEL SOL

SINTESIS

SOL

1.4 LA MASA

DEL SOL

MUERTE

SINTESIS

1115

HUGO TORRENS

EL DESTINO FINAL DE LAS ESTRELLAS Y LOS PROCESOS

QUE PUEDEN LLEVARSE A CABO EN ELLAS, DEPENDE DE

SU TAMAÑO…

NEBULOSA

INICIAL

SUPERNOVA

SOL

PULSAR

SISTEMA PLANETARIO

ENANA

BLANCA

EL DESTINO FINAL DE LAS ESTRELLAS Y LOS PROCESOS

QUE PUEDEN LLEVARSE A CABO EN ELLAS, DEPENDE DE SU TAMAÑO

HUGO TORRENS

+ + n

+ + n

1H1=1n0 + + n

13N7=12O6 +

1H1

13N7=12O6 +

1n0 + + n13N7=

13O6 + + n

11B5

15N7

12C6

15O8 13

N7

14N7 13

C6

ESTABLE

ESTABLE

ESTABLE

ESTABLEESTABLE

INESTABLE

INESTABLE

1H1

1H1

1H1

1H1

4He2

34He2

H. TORRENS ACETATO 1116A

COMBUSTION DE CARBONO

12C6 + 12C6 20Ne10 + 4He2

12C6 + 12C6 24Mg12 +ENERGIA

12C6 + 12C6 23Na11 + 1H1

COMBUSTION DE OXIGENO

16O8 + 16O8 32S16 + ENERGIA

16O8 + 16O8 31P15 + 1H1

16O8 + 16O8 31S16 + 1n0

16O8 + 16O8 28Si14 + 4He2

H. TORRENS ACETATO 1116B

LIMITE DEL HIERRO

POR EJEMPLO…

n=16 n=32 n=30

p=15 p=30 p=26

31P15 + 31P15 62Zn30

56Fe26

6?4

CAPTURA LENTA DE NEUTRONES

POR EJEMPLO…

58Fe26 + 1n0 59Fe26

59Co27 + e + n*

CAPTURA RAPIDA DE NEUTRONES

POR EJEMPLO…

58Fe26 + 20 1n0 78Fe26

78Pd46

+ 20 e + 20n*

RECUERDE QUE 1n0 p + e + n*

H. TORRENS ACETATO 1117

MOLECULAS ESPACIALES…

2 ATOMOS

H2 HIDROGENO

CO MONOXIDO DE C

3 ATOMOS

H2O AGUA

HCN AC. CIANHIDRICO

4 ATOMOS

NH3 AMONIACO

H2CO FORMALDEHIDO

5 ATOMOS

CH2NH METANIMIDA

HCOOH AC. FORMICO

6 ATOMOS

CH3OH METANOL

NH2CHO FORMAMIDA

9 ATOMOS

CH3CH2OH ETANOL

CH3COCH3 ACETONA

H. TORRENS ACETATO 1119

GRAN

EXPLOSION

MINUTOS

1H1,

4He2,

2H1,

3He2,

7Li3…

MILLONES DE AÑOS

ESTRELLAS

PEQUEÑA ESTRELLA ENANA BLANCA

1H1

4He2 COMBUSTION DE HIDROGENO

4He2

12C6,

16O8 COMBUSTION DE HELIO

GRANDES ESTRELLAS

12C6

24Mg12,

20Ne10…

16O8

32S16,

28Si14…LIMITE DEL HIERRO

ESPLOSION SUPERNOVA

CAPTURA DE ELECTRONES, DESINTEGRACION

NUCLEOS PESADOS…MOLECULAS…

1120

HUGO TORRENS

EL IRIDIO EN EL UNIVERSO…

HOY 5 MIL MILLONES DE AÑOS

LA BANDA DIFUSA QUE ATRAVIESA EL CIELO ES EL

DISCO DE LA VIA LACTEA. ALGUNAS GALAXIAS

CERCANAS COMO ANDROMEDA Y MAGELANIA SE

VEN A SIMPLE VISTA. EL TELESCOPIO REVELA

MILLONES MAS.

ANDROMEDA SE HA MOVIDO HACIA NOSOTROS Y

CASI LLENA EL FIRMAMENTO. EL SOL SE ACERCA AL

TAMAÑO DE UNA GIGANTE ROJA Y MAS TARDE SE

APAGARA CONDENANDO A LA TIERRA A UNA

TRISTE EXISTENCIA

1132

HUGO TORRENS

LA SUCESORA DE LA VIA LACTEA ES UNA

SUPERGALAXIA ESFERICA Y LA TIERRA FLOTA A SUS

AFUERAS. OTRAS GALAXIAS HAN DESAPARECIDO DE

VISTA.

OBSCURIDAD. LAS ULTIMAS ESTRELLAS SE APAGAN

EXCEPTO POR ALGUN PALIDO FULGOR DESDE HOYOS

NEGROS O LUCES QUE LA CIVILIZACION PUEDE HABER

DEJADO, EL UNIVERSO ES NEGRO. LAS GALAXIAS

COLAPSAN EN HOYOS NEGROS.

100 MIL MILLONES DE AÑOS 100 BILLONES DE AÑOS

1134

HUGO TORRENS

GRAN EXPLOSION (+ ALGUNOS MINUTOS)

76% 24%

HOY

28%70% 2%

UN BILLON DE AÑOS

20%20% 60%

COMPOSICION QUIMICA DEL UNIVERSO EN DISTINTAS EPOCAS

HIDROGENO

HELIO

OTROS

1136

HUGO TORRENS