Fatos dos elementosa história de cada elemento
Do hidrogênio ao oganésson, o jogo dá a cada elemento um fato. Esta página resume os melhores e explica onde os elementos foram feitos.
Cada elemento da tabela periódica tem a sua história. O hélio foi encontrado no espectro do Sol antes de ser encontrado na Terra. O ouro provavelmente veio de fusões de estrelas de nêutrons. O tecnécio foi o primeiro elemento artificial. O jogo dá um fato para cada elemento, do hidrogênio ao oganessônio. Esta página escolhe os mais representativos e os agrupa por "de onde veio e para que serve".
A origem dos elementos não é acaso. As estrelas forjaram os elementos da tabela periódica passo a passo, e a frase "somos todos poeira de estrelas" ficou popular a partir daquele artigo de revisão (Burbidge, Burbidge, Fowler e Hoyle, Reviews of Modern Physics, 1957).
Os três primeiros elementos do universo
| Elemento | Um fato |
|---|---|
| Hidrogênio (H) | Cerca de três quartos da matéria comum do universo é hidrogênio. |
| Hélio (He) | Encontrado pela primeira vez no espectro do Sol em 1868, e só depois na Terra. O nome vem da palavra grega para "Sol". |
| Lítio (Li) | O universo contém cerca de três vezes menos lítio do que a teoria do Big Bang prevê. Esse é o "problema do lítio", ainda sem solução. |
Ralph Alpher e George Gamow foram os primeiros a calcular como os elementos leves se formaram no Big Bang (Alpher, Bethe e Gamow, Physical Review, 1948). O fato de o lítio ficar "três vezes abaixo" mostra que a teoria ainda tem pontas soltas.
Elementos feitos nas estrelas
| Elemento | Um fato |
|---|---|
| Carbono (C) | O elemento que forma o esqueleto de toda a vida conhecida. Fundir três núcleos de hélio em carbono exige que o carbono-12 tenha um nível de energia especial. |
| Oxigênio (O) | O elemento mais abundante da crosta terrestre em massa, cerca de 46%. No universo, só o hidrogênio e o hélio são mais abundantes. |
| Ferro (Fe) | Os núcleos de ferro são ligados de forma extremamente firme. Quando a fusão numa estrela chega ao ferro, ela já não libera energia, e o núcleo colapsa. |
| Bário (Ba) | Formado principalmente no processo lento de captura de nêutrons no fim da vida de estrelas de baixa massa. |
Fred Hoyle previu esse nível de energia especial do carbono, e os experimentos o confirmaram depois (Hoyle, The Astrophysical Journal Supplement, 1954).
Elementos que as estrelas não fazem
O berílio e o boro estão entre as poucas exceções. O berílio é destruído dentro das estrelas, e quase todo o berílio do universo vem de raios cósmicos que quebram núcleos mais pesados. O boro, como o berílio, vem principalmente da espalação por raios cósmicos.
Os elementos mais pesados vêm de estrelas de nêutrons. Quase todo o európio vem do processo r, de captura rápida de nêutrons, e os astrônomos o usam para rastrear fusões de estrelas de nêutrons. A maior parte do ouro da Terra provavelmente veio de fusões de estrelas de nêutrons, embora a maior parte do ouro da Terra tenha afundado para o núcleo há muito tempo. A matéria lançada por uma fusão de estrelas de nêutrons contém grandes quantidades de elementos pesados, e o ouro do seu anel provavelmente veio de uma colisão assim (Kasen et al., Nature, 2017).
Elementos sem os quais a vida não vive
- Nitrogênio: Cerca de 78% da atmosfera da Terra é nitrogênio, e as proteínas e o DNA da vida não existem sem ele.
- Fósforo: O esqueleto do DNA e o ATP, a moeda de energia da célula, precisam de fósforo. Ele é relativamente escasso no universo.
- Magnésio: No centro de uma molécula de clorofila há um átomo de magnésio.
- Cálcio: O principal componente dos ossos, dos dentes e das conchas.
- Cobalto: No centro da vitamina B12 há um átomo de cobalto.
- Molibdênio: O núcleo da enzima nitrogenase contém molibdênio, de que os seres vivos precisam para transformar o nitrogênio do ar em nutrientes.
- Manganês: O centro da etapa de quebra da água na fotossíntese é um aglomerado de átomos de manganês e cálcio.
- Iodo: O corpo humano precisa de iodo para produzir os hormônios da tireoide.
Houve um caso que causou alvoroço e depois foi derrubado. O arsênio é quimicamente parecido com o fósforo e, em 2010, um artigo afirmou ter encontrado bactérias que usam arsênio no lugar do fósforo. A afirmação foi refutada depois.
Elementos que os humanos usam
| Elemento | Um fato |
|---|---|
| Cobre (Cu) | Um dos primeiros metais fundidos pelos humanos. |
| Estanho (Sn) | Uma liga de cobre e estanho é o bronze. |
| Alumínio (Al) | O metal mais abundante da crosta terrestre, mas só foi extraído no século XIX e, por um tempo, foi mais caro que o ouro. |
| Silício (Si) | O segundo elemento mais abundante da crosta terrestre e o astro dos chips e da areia. |
| Neodímio (Nd) | O neodímio–ferro–boro é o ímã permanente mais forte até hoje. |
| Índio (In) | O óxido de índio e estanho é transparente e conduz eletricidade, um material-chave das telas sensíveis ao toque. |
| Césio (Cs) | A frequência de vibração dos átomos de césio define o "segundo" no Sistema Internacional de Unidades. |
| Tungstênio (W) | O metal com o ponto de fusão mais alto, cerca de 3.422°C. |
Cor e luz
O vermelho dos letreiros de neon vem do neônio. A luz amarela dos postes vem de lâmpadas de sódio. O vermelho dos fogos de artifício vem do estrôncio. O vermelho de um rubi vem de uma pequena quantidade de cromo nele. Os antigos egípcios usavam minerais de antimônio em pó para desenhar o delineador dos olhos.
Radioatividade e elementos artificiais
- Rádio: Descoberto pelos Curie, já foi acrescentado a cosméticos e bebidas antes de se entenderem seus perigos.
- Polônio: Descoberto pelos Curie em 1898 e batizado em homenagem à terra natal de Marie Curie, a Polônia.
- Urânio: A meia-vida do urânio-238 é de cerca de 4,5 bilhões de anos, comparável à idade da Terra.
- Tório: A meia-vida do tório-232 é de cerca de 14 bilhões de anos, comparável à idade do universo.
- Tecnécio: O primeiro elemento artificial, sintetizado em 1937. Não tem isótopo estável.
- Plutônio: O calor do decaimento do plutônio-238 alimenta sondas de espaço profundo, como as Voyager.
- Einstênio: Descoberto em 1952 nos destroços do primeiro teste de bomba de hidrogênio.
- Oganessônio: O elemento mais pesado conhecido, número atômico 118, sintetizado pela primeira vez em 2002.
As pessoas nos nomes dos elementos
Os nomes dos elementos transurânicos quase parecem uma lista de cientistas. O neptúnio leva o nome de Netuno, assim como o urânio leva o de Urano. O cúrio leva o nome dos Curie. O férmio, de Fermi. O mendelévio, de Mendeleiev. O nobélio, de Nobel. O laurêncio, de Ernest Lawrence, inventor do cíclotron. O rutherfórdio, de Rutherford. O seabórgio, do químico Glenn Seaborg, que ainda estava vivo quando o elemento foi batizado. O meitnério, de Lise Meitner, uma das descobridoras da fissão nuclear. O copernício, de Copérnico.
Um lembrete: estes são os cartões de fatos do jogo
Todos os fatos desta página vêm da tabela de elementos do jogo. De onde os elementos vêm é assunto de outra página, "Forjas dos elementos", agrupada por fonte. O artigo de Rutherford nos diz que a massa de um átomo se concentra em um núcleo extremamente pequeno, o ponto de partida para entender os elementos (Rutherford, Philosophical Magazine, 1911).
Base real
Hidrogênio (H): cerca de três quartos da matéria comum do universo é hidrogênio.
Hélio (He): visto pela primeira vez no espectro do Sol em 1868 e só depois na Terra; o nome vem do grego para "sol".
Lítio (Li): o lítio observado no universo é cerca de três vezes menor que o previsto pela teoria do Big Bang, e esse é o "problema do lítio", ainda não resolvido.
Berílio (Be): as estrelas destroem o berílio em seu interior, e quase todo o berílio do universo vem de raios cósmicos que estilhaçam núcleos mais pesados.
Boro (B): como o berílio, o boro do universo vem principalmente da espalação por raios cósmicos.
Carbono (C): o elemento-esqueleto de toda a vida conhecida. Para três núcleos de hélio se fundirem em carbono, o carbono-12 precisa ter um nível de energia especial.
Nitrogênio (N): cerca de 78% da atmosfera da Terra é nitrogênio, e as proteínas e o DNA da vida não podem passar sem ele.
Oxigênio (O): o elemento mais abundante da crosta terrestre em massa, cerca de 46%. No universo, o oxigênio é o terceiro elemento mais abundante, depois do hidrogênio e do hélio.
Neônio (Ne): o vermelho dos letreiros de neon vem do neônio.
Sódio (Na): o sódio queima num amarelo vivo na chama, e a luz amarela dos postes vem de lâmpadas de sódio.
Magnésio (Mg): no centro de uma molécula de clorofila há um átomo de magnésio.
Alumínio (Al): o metal mais abundante da crosta terrestre, mas só foi extraído no século XIX e por um tempo foi mais caro que o ouro.
Silício (Si): o segundo elemento mais abundante da crosta terrestre, e a estrela tanto dos chips quanto da areia.
Fósforo (P): o esqueleto do DNA e do ATP, a moeda de energia da célula, ambos precisam de fósforo, que é relativamente escasso no universo.
Argônio (Ar): cerca de 0,93% da atmosfera da Terra é argônio, vindo principalmente do decaimento do potássio-40 nas rochas.
Potássio (K): o potássio-40 das bananas é levemente radioativo.
Cálcio (Ca): o principal componente de ossos, dentes e conchas.
Cromo (Cr): o vermelho de um rubi vem de uma pequena quantidade de cromo nele.
Ferro (Fe): os núcleos de ferro são ligados com extrema firmeza, então a fusão estelar até o ferro não libera mais energia, e o núcleo então colapsa.
Níquel (Ni): o núcleo da Terra é feito principalmente de ferro e níquel.
Cobre (Cu): um dos primeiros metais fundidos pelos humanos.
Gálio (Ga): seu ponto de fusão é de cerca de 30 °C, então derrete na palma da mão.
Germânio (Ge): em 1871, Mendeleev previu sua existência, chamando-o de "eka-silício"; ele foi encontrado 15 anos depois.
Bromo (Br): um dos dois elementos líquidos à temperatura ambiente; o outro é o mercúrio.
Estrôncio (Sr): o vermelho dos fogos de artifício vem do estrôncio.
Zircônio (Zr): os cristais de zircão são muito duráveis, e os grãos minerais mais antigos da Terra são zircões de 4,4 bilhões de anos.
Tecnécio (Tc): o primeiro elemento artificial, sintetizado em 1937, sem nenhum isótopo estável.
Prata (Ag): o melhor condutor elétrico entre todos os metais.
Estanho (Sn): uma liga de cobre e estanho é o bronze.
Iodo (I): o corpo humano precisa de iodo para fazer os hormônios da tireoide.
Césio (Cs): a frequência de vibração dos átomos de césio define o "segundo" no Sistema Internacional de Unidades.
Bário (Ba): formado principalmente no processo lento de captura de nêutrons no fim da vida de estrelas de baixa massa.
Neodímio (Nd): o neodímio-ferro-boro é o ímã permanente mais forte disponível hoje.
Promécio (Pm): o único lantanídeo sem isótopo estável.
Európio (Eu): quase todo vem da captura rápida de nêutrons, e os astrônomos o usam para rastrear fusões de estrelas de nêutrons.
Tungstênio (W): o metal de maior ponto de fusão, cerca de 3422 °C.
Ósmio (Os): o elemento natural mais denso.
Irídio (Ir): o irídio encontrado anormalmente enriquecido na camada do fim do Cretáceo revelou aquele impacto de asteroide.
Platina (Pt): um material essencial nos catalisadores do escapamento dos carros.
Ouro (Au): a maior parte do ouro da Terra provavelmente veio de fusões de estrelas de nêutrons; a maior parte do ouro da Terra afundou no núcleo há muito tempo.
Mercúrio (Hg): o único metal líquido à temperatura ambiente.
Chumbo (Pb): o ponto final das cadeias de decaimento do urânio e do tório.
Bismuto (Bi): durante muito tempo se achou que era o elemento estável mais pesado; em 2003 descobriu-se que ele é levemente radioativo, com meia-vida mais de um bilhão de vezes a idade do universo.
Polônio (Po): descoberto pelos Curie em 1898 e batizado em homenagem à terra natal de Marie Curie, a Polônia.
Rádio (Ra): descoberto pelos Curie, já foi adicionado a cosméticos e bebidas, e só depois seu perigo foi reconhecido.
Tório (Th): a meia-vida do tório-232 é de cerca de 14 bilhões de anos, comparável à idade do universo.
Urânio (U): a meia-vida do urânio-238 é de cerca de 4,5 bilhões de anos, comparável à idade da Terra.
Plutônio (Pu): o calor do decaimento do plutônio-238 gera eletricidade para sondas de espaço profundo como as Voyager.
Einstênio (Es): descoberto em 1952 nos destroços do primeiro teste de bomba de hidrogênio.
Oganessônio (Og): o elemento conhecido mais pesado, número atômico 118, sintetizado pela primeira vez em 2002.
Flúor (F): o creme dental com flúor deixa o esmalte dos dentes mais forte.
Enxofre (S): o enxofre das fumarolas vulcânicas e o cheiro de ovo podre do sulfeto de hidrogênio vêm ambos do enxofre.
Cloro (Cl): foi usado como gás venenoso na Primeira Guerra Mundial.
Escândio (Sc): o "eka-boro" previsto por Mendeleev, descoberto em 1879.
Titânio (Ti): forte, leve e resistente à corrosão, costuma ser usado em articulações artificiais e estruturas de aviões.
Vanádio (V): as células sanguíneas de algumas ascídias concentram vanádio num nível milhões de vezes maior que o da água do mar.
Manganês (Mn): o núcleo do sítio de quebra da água na fotossíntese, um aglomerado de átomos de manganês e cálcio.
Cobalto (Co): no centro da vitamina B12 há um átomo de cobalto.
Zinco (Zn): cerca de 300 enzimas do corpo humano precisam de zinco.
Arsênio (As): quimicamente parecido com o fósforo. Em 2010, um artigo afirmou ter encontrado uma bactéria que usava arsênio no lugar do fósforo, e depois isso foi refutado.
Selênio (Se): o nome vem do grego para "lua", e forma um par com o telúrio, batizado em referência à "Terra".
Criptônio (Kr): de 1960 a 1983, o metro foi definido como 1.650.763,73 comprimentos de onda de uma linha espectral do criptônio-86.
Rubídio (Rb): os relógios atômicos de rubídio são menores que os de césio, e os satélites de navegação os carregam.
Ítrio (Y): o óxido de ítrio, bário e cobre foi o primeiro material a se tornar supercondutor acima da temperatura do nitrogênio líquido.
Nióbio (Nb): os ímãs supercondutores do Grande Colisor de Hádrons usam uma liga de nióbio e titânio.
Molibdênio (Mo): o núcleo da nitrogenase contém molibdênio, e os seres vivos não conseguem transformar o nitrogênio do ar em nutrientes sem ele.
Paládio (Pd): consegue absorver gás hidrogênio equivalente a 900 vezes o próprio volume.
Cádmio (Cd): o cádmio das baterias de níquel-cádmio é tóxico, e a "doença itai-itai" do Japão foi causada por poluição por cádmio.
Índio (In): o óxido de índio e estanho é transparente e conduz eletricidade, e é um material essencial para telas sensíveis ao toque.
Antimônio (Sb): os antigos egípcios desenhavam o delineador dos olhos com um pó de minerais que continham antimônio.
Xenônio (Xe): em 1962, Bartlett sintetizou o primeiro composto de gás nobre, feito com xenônio.
Lantânio (La): o primeiro dos lantanídeos, muitas vezes encontrado no vidro de alto índice de refração das lentes de câmera.
Cério (Ce): o principal componente das pedras de isqueiro é uma liga de cério e ferro.
Gadolínio (Gd): os agentes de contraste usados em exames de ressonância magnética contêm gadolínio.
Hólmio (Ho): o hólmio tem o maior momento magnético entre os elementos naturais.
Érbio (Er): os amplificadores de fibra dopados com érbio permitem que sinais ópticos atravessem oceanos.
Itérbio (Yb): os relógios atômicos ópticos de itérbio estão entre os relógios mais precisos de hoje.
Háfnio (Hf): quimicamente muito parecido com o zircônio, só foi separado em 1923.
Tântalo (Ta): resistente à corrosão, e os capacitores de tântalo permitem fazer circuitos de celular bem pequenos.
Rênio (Re): descoberto em 1925, o último elemento estável a ser descoberto.
Tálio (Tl): altamente tóxico, já foi chamado de "o veneno do envenenador".
Radônio (Rn): um gás radioativo incolor e inodoro, a segunda maior causa de câncer de pulmão depois do cigarro.
Astato (At): pode haver menos de 1 grama dele na crosta terrestre em qualquer momento, o que o torna o elemento natural mais raro.
Frâncio (Fr): pode haver apenas algumas dezenas de gramas de frâncio na crosta terrestre em qualquer momento.
Actínio (Ac): sua intensa radioatividade faz o actínio brilhar num azul fraco no escuro.
Protactínio (Pa): a meia-vida do protactínio-231 é de cerca de 33.000 anos, e é usado para datar sedimentos do fundo do mar.
Netúnio (Np): o primeiro elemento transurânico, sintetizado em 1940 e batizado em homenagem a Netuno, assim como o urânio foi batizado em homenagem a Urano.
Amerício (Am): os detectores de fumaça domésticos contêm um traço de amerício-241.
Cúrio (Cm): batizado em homenagem aos Curie. Os rovers de Marte usam suas partículas alfa para analisar a composição das rochas.
Berquélio (Bk): batizado em homenagem a Berkeley, onde foi descoberto.
Califórnio (Cf): o califórnio-252 sofre fissão espontânea e libera nêutrons, e é usado para dar a partida em reatores nucleares.
Férmio (Fm): batizado em homenagem a Fermi e encontrado, como o einstênio, nos destroços de um teste de bomba de hidrogênio.
Mendelévio (Md): batizado em homenagem a Mendeleev.
Nobélio (No): batizado em homenagem a Nobel.
Laurêncio (Lr): batizado em homenagem a Lawrence, o inventor do cíclotron.
Rutherfórdio (Rf): batizado em homenagem a Rutherford.
Seabórgio (Sg): batizado em homenagem ao químico Seaborg, que ainda estava vivo quando recebeu o nome.
Hássio (Hs): batizado em homenagem ao estado alemão de Hesse.
Meitnério (Mt): batizado em homenagem a Lise Meitner, uma das descobridoras da fissão nuclear.
Copernício (Cn): batizado em homenagem a Copérnico.
Nihônio (Nh): sintetizado no RIKEN, do Japão, o primeiro elemento descoberto na Ásia.
Fleróvio (Fl): batizado em homenagem ao Laboratório Flerov de Reações Nucleares da Rússia.
Tenesso (Ts): sintetizado pela primeira vez em 2010, batizado em homenagem ao estado americano do Tennessee.
Pesquisas relacionadas
Estes estudos têm relação com o tema, mas não são prova direta do que está nesta página.
O artigo αβγ: Alpher e Gamow calcularam como os elementos leves se formaram no Big Bang, e o nome de Bethe foi incluído para fazer “αβγ”.
Fonte:Alpher, Bethe & Gamow, Physical Review 1948, "The origin of chemical elements"
O núcleo atômico: Partículas alfa às vezes voltavam rebatidas de uma folha de ouro, e Rutherford concluiu que a massa do átomo se concentra num núcleo minúsculo.
Fonte:Rutherford, Philosophical Magazine 1911, "The scattering of α and β particles by matter and the structure of the atom"
B²FH: este artigo de cem páginas explicou, passo a passo, como as estrelas forjam os elementos da tabela periódica. Somos todos poeira de estrelas, e é aqui que essa ideia começa.
Fonte:Burbidge, Burbidge, Fowler & Hoyle, Reviews of Modern Physics 1957, "Synthesis of the elements in stars"
A previsão de Hoyle: Para as estrelas produzirem carbono suficiente, Hoyle previu que o carbono-12 precisa ter um nível de energia especial, o que os experimentos depois confirmaram.
Fonte:Hoyle, The Astrophysical Journal Supplement 1954, "On nuclear reactions occurring in very hot stars. I. The synthesis of elements from carbon to nickel"
De onde vem o ouro: O material lançado pelas fusões de estrelas de nêutrons contém grandes quantidades de elementos pesados. O ouro do seu anel provavelmente veio de uma colisão dessas.
Fonte:Kasen et al., Nature 2017, "Origin of the heavy elements in binary neutron-star mergers from a gravitational-wave event"