Studenten van mijn gemeenschapsonderwijs astronomieklassen vragen mij vaak of er nieuwe elementen zijn gevonden in de ruimte die op aarde onbekend zijn. Het antwoord op de vraag is nee: de natuur gebruikt dezelfde 98 natuurlijke elementen om alles te vormen, van de bekende sterren en planeten tot die in de verste sterrenstelsels die we kunnen zien. Buiten een occasionele verbinding of mineraal, is de aarde de plek waar je meer exotische elementen zult vinden dan ergens anders in het universum.
Een element is een pure stof die is gemaakt van slechts één type atoom. Wat het ene element van het andere onderscheidt, is het aantal protonen in de atoomkernen. Elk atoom met zes protonen is altijd koolstof, 79 protonen goud, 94 protonen plutonium en 1 proton waterstof. Het protonnummer is ook dat van het elementatoomnummerop deperiodiek systeem der elementen. Elementen in de tabel zijn gerangschikt op hun atoomnummer.
De twee meest voorkomende elementen zijn waterstof en helium, nummers 1 en 2 in het periodiek systeem; samen vormen ze 98% van alle zichtbare materie in het universum. De resterende 2% omvat al het andere, van lichtgewichtlithium (nummer 3) helemaal tot aancalifornium (98), het zwaarste natuurlijke element op aarde en in de sterren. Californium is onstabiel en "vervalt" in eenvoudigere elementen. Hoewel wetenschappers het in het laboratorium halen door te bombarderenberkelium (97) met neutronen worden sporen van dit zeer zeldzame element van nature aangetroffen in rijke uraniumafzettingen.
Toen ik op de middelbare school scheikunde studeerde, eindigde het periodiek systeem der elementen op Lawrencium (103). Momenteel zijn er 118 elementen, waarvan de meest recente in het lab is gemaaktununoctium (jij-nah-NOC-tee-um). Feitelijk zijn alle elementen na 98 kunstmatig, tot leven gebracht in kernreactoren of in experimenten met deeltjesversnellers. Ze leven een heel kort leven. Met zoveel positief geladen protonen die in hun kernen tegen elkaar duwen, vallen deze elementen snel uiteen in eenvoudigere in een proces datradioactief verval.
In de tijd van de oerknal, toen het universum ontstond, werden alleen de eenvoudigste elementen - waterstof, helium en sporen van lithium - gekookt. Je kunt geen planeet bouwen met zulke donzige dingen. Er was de eerste generatie sterren voor nodig, die uit deze basisbouwstenen werd gevormd, om meer gecompliceerde elementen zoals koolstof, zuurstof, zwavel en dergelijke via kernfusie in hun kernen te synthetiseren.
Toen de sterren explodeerden als supernova's, werden niet alleen deze gloednieuwe elementen de ruimte in gestraald, maar door de enorme hitte en druk tijdens de explosie werden nog zwaardere elementen gebouwd, zoals goud, koper, kwik en lood. Allen werden opgenomen in een tweede generatie sterren. En een derde.
De 2% door sterren gemaakte elementen, waaronder koolstof, zuurstof, stikstof en silicium, gingen de planeten bouwen en werden later essentieel voor het leven. We zijn gemaakt van sterk verwerkt materiaal jij en ik. De atomen van onze wezens zijn in en uit de kernen van verschillende generaties sterren geweest. Denk hier goed en hard over na en misschien kom je wel in contact met je eigen 'innerlijke ster'.
Laten we de vraag herformuleren over exotische materialen in de ruimte die niet op aarde aanwezig zijn. In plaats van elementen, als we naar verbindingen kijken, raken we paydirt. Een verbinding is ook een pure stof, maar bestaat uit twee of meer aan elkaar gekoppelde chemische elementen. Bekende verbindingen zijn water (twee waterstofatomen samengevoegd met één zuurstof) en zout (één natrium- en één chloor).
Astronomen hebben ongeveer gevonden220 verbindingen of moleculen in de ruimte veel van hen met broers en zussen op aarde maar een buitenaards wezen. We hoeven niet ver te zoeken om ze te vinden, aangezien er een paar direct voor de deur zijn afgeleverd als rotsachtige pakketten die meteorieten worden genoemd. Hier is een korte lijst vannieuwe mineralen die gevormd zijn in asteroïden (waar meteorieten vandaan komen) onder omstandigheden die heel anders zijn dan die op aarde:
* Barringerite - een metaalsamenstelling gemaakt van ijzer, nikkel en fosfor
* Oldhamite - bruin mineraal gemaakt van calcium, magnesium en zwavel
* Kosmochlor - groen mineraal dat calcium, chroom, silicium en zuurstof bevat
Hoe zit het met nieuwe dingen op planeten en kometen? Astronomen hebben verbindingen ontdekt in de atmosfeer van de gigantische planeten Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus, zoalssilaan (silicium-waterstof),arsine (arseen-waterstof) enfosfine (fosfor-waterstof) dat niet van nature op aarde bestaat. Mensen hebben ze alle drie in het laboratorium gemaakt en goed gebruikt in verschillende industrieën, waaronder de productie van halfgeleiders.
En dan is er nogBrownleeite, een mangaansilicide dat in 2003 werd gevonden in een stofdeeltje dat werd afgeschoten door komeet 26P / Grigg-Skjellerup. Astronomen gaan verder dan het zonnestelsel en zien ongebruikelijke koolstofmoleculen met lange ketens in de ruimte die zich niet op aarde kunnen vormen omdat zuurstof ze uit elkaar zou scheuren. Ruimte is hun veilige haven.
De aarde is dus de locatie in het universum waar je meer exotische elementen zult vinden dan waar dan ook. Dankzij menselijke activiteit en de gecompliceerde moleculen die samenwonden om leven te vormen, is de aarde de meest exotische plek in het universum.
