Eusebio Juaristi - La química: el funcionamiento del universo, los seres vivos y las actividades humanas

Primera edición: 2015
Primera edición digital: 2015

D. R. © 2015. EL COLEGIO NACIONAL
Luis González Obregón núm. 23, Centro Histórico
C. P. 06020, México, D. F.
Teléfonos 5702-1779 y 5789-4330

ISBN: 978-607-724-137-9
ISBN edición digital: 978-607-724-141-6

Hecho en México / Made in Mexico

Correo electrónico:

www.colnal.mx

Eusebio Juaristi

Linda R. Manzanilla Naim

La función principal de los miembros de El Colegio Nacional consiste en contribuir a la difusión de la cultura y la ciencia en México. Dicha actividad se lleva a cabo generalmente a través de conferencias impartidas en el Aula Mayor de El Colegio Nacional o en el interior de la República. Por lo general, dichas conferencias son presentadas de forma individual, pero en ocasiones dos o más miembros de El Colegio Nacional han participado en forma conjunta para la realización de simposios, series de conferencias u otras actividades.

El 19 de marzo del año en curso, los abajo firmantes organizamos el simposio “La química: el funcionamiento del universo, los seres vivos y las actividades humanas” con la participación de 10 miembros de El Colegio Nacional, los doctores Francisco Bolívar Zapata, Eusebio Juaristi, Linda R. Manzanilla Naim, Adolfo Martínez Palomo, María Elena Medina-Mora, Mario Molina, Manuel Peimbert, Ruy Pérez Tamayo, Ranulfo Romo y Jaime Urrutia Fucugauchi. Estaremos por siempre agradecidos por su amable disposición para participar en este proyecto.

El objetivo central del simposio consistió en mostrar la relevancia de la química en las áreas de trabajo de los miembros de El Colegio Nacional participantes, con la idea de que las distintas charlas conducirían a una mayor apreciación de la ciencia en general y de la química en particular. Además, ¿por qué no?, y a raíz de este simposio, ver que algunos de los jóvenes presentes en esa sala, o que siguieron el evento por Internet, se sintieran motivados a dedicar su vida al estudio de las ciencias.

El notable éxito alcanzado en este simposio, en particular el gran interés mostrado por los numerosos asistentes, motivó la preparación del presente libro, que reúne las siguientes contribuciones:

1. “El origen de los elementos”
   (Manuel Peimbert)
2. “Estructura interna y composición de la Tierra”
   (Jaime Urrutia Fucugauchi y Ligia Pérez Cruz)
3. “Algunas contribuciones de la química en beneficio de la humanidad”
   (Attila Pavlath y Eusebio Juaristi)
4. “La química y la medicina: dos episodios en su historia”
   (Ruy Pérez Tamayo)
5. “La química de la calle: ‘drogas de diseño’ ”
   (María Elena Medina-Mora)
6. “La química. Un indicador de actividades del pasado”
   (Linda R. Manzanilla Naim)
7. “¿Músico o químico? Alexander Borodin (1833-1887)”
   (Adolfo Martínez Palomo)
8. “La sopa primitiva y la química del origen de la vida”
   (Antonio Lazcano Araujo)
9. “La química del medio interestelar”
   (Luis Felipe Rodríguez Jorge)

Creemos que lo interesante de todos los temas que se presentan hará de este libro una lectura amena y enriquecedora. Además, seguramente motivará a un número significativo de lectores a profundizar sus conocimientos y apreciación de las ciencias.

9 de octubre de 2015.

Manuel Peimbert Sierra

I. Introducción

Uno de los temas a los que se dedica la astronomía es el origen de los elementos de la tabla periódica, es decir, el origen de todos los átomos que existen en el universo. Hasta el momento la tabla periódica incluye 118 elementos, la mayoría de ellos, del 1 al 92, se encuentra en la naturaleza; el resto, del 93 al 118, se ha producido artificialmente en los laboratorios de altas energías. El número asociado a cada elemento corresponde al conjunto de protones que se encuentra en su núcleo.

Los elementos del 93 al 118 también los producen las estrellas, pero debido a que su vida media es muy corta se desintegran rápidamente. Sólo el 93, 94 y 95 se han encontrado en cantidades muy pequeñas en minas terrestres.

Las razones para que los astrónomos se dediquen al estudio del origen de los elementos químicos son muchas, mencionaré sólo algunas:

1. Los astrónomos trabajan para conocer el origen y la evolución de todo lo que existe en el universo, del cual son parte los elementos químicos. Éstos contienen alrededor de 5% de la masa del universo, la materia oscura 27% y la energía oscura 68%. La materia oscura se debe a partículas desconocidas y la energía oscura es la responsable de la aceleración de la expansión del universo a grandes distancias.
2. A partir de la abundancia relativa de los elementos es posible poner restricciones observacionales a algunas de las teorías principales de la astronomía, como son la evolución del universo observable, la evolución de las estrellas y la de las galaxias.
3. Para determinar las abundancias relativas de los elementos, es necesario utilizar la espectroscopía de las estrellas y de las nebulosas ga­seosas donde se originan las líneas de absorción y de emisión de los elementos. Las intensidades de las líneas emitidas por las nebulosas y las estrellas se pueden reproducir por medio de modelos; éstos incluyen las condiciones físicas en cada objeto, como son la temperatura, la densidad, la presión, etc., así como de los cálculos de la física ató­ mica necesarios para determinar las abundancias de los elementos. Las observaciones no sólo nos permiten comprobar los modelos de estos objetos sino también la precisión de la física atómica utilizada.
4. La mayoría de los elementos se produce por las reacciones nucleares en el interior de las estrellas, o durante la gran explosión en los primeros minutos del inicio de la expansión del universo. Utilizando la física nuclear se puede predecir cuál es la magnitud de estos procesos, pero se requieren excelentes modelos del interior de las estrellas y del inicio de la expansión del universo, así como de observaciones de gran calidad para demostrar si las predicciones teóricas de la física nuclear son lo suficientemente precisas para validar los modelos.

Los elementos se originan principalmente durante la gran explosión, du­rante la evolución de las estrellas de baja masa y durante la evolución de las estrellas muy masivas. También se pueden producir por la colisión de rayos cósmicos (átomos que se originan en la explosión de supernovas y que viajan a gran veloci­dad) que astillan o fracturan a núcleos atómicos en el medio interestelar, y por la acción del hombre en la Tierra, ya sea por la explosión de bombas nucleares o por la generación de elementos en los laboratorios y las plantas nucleares.

II. Teoría de la Gran Explosión y la formación del hidrógeno, helio, deuterio y litio, primordiales

La Teoría de la Gran Explosión (TGE) está basada en tres resultados observacionales: la expansión del universo, la existencia de la radiación fósil o de fondo, y la formación de hidrógeno, helio, deuterio y litio durante los primeros cuatro minu­ tos de expansión del universo.

En los años veinte del siglo pasado, varios astrónomos notaron que el universo se encuentra en expansión (Wirtz, 1924; Lundmark, 1925; Lemaitre, 1927 y Hubble, 1929). Este resultado se basó en la observación de la velocidad de recesión de las galaxias. Entre más lejos se encuentran de nosotros más rápida­ mente se alejan, lo cual indica que en el pasado las galaxias se encontraban más cercanas entre sí.