CAPITULO 1 GEOQUIMICA - UNAMdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/1-1-GRAN-EXPLOSION... · 2014. 8....
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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