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La composizione chimica dell'Universo

 

Considerare la composizione chimica dell’Universo dal punto di vista quantitativo è piuttosto semplice. Con oltre il 70% della massa totale dell’Universo, l’Idrogeno è l’elemento in assoluto più diffuso. Il secondo elemento più diffuso in natura è l’Elio (24%) che, non a caso, dopo l’idrogeno è quello più leggero e nella Tavola Periodica si trova subito in alto a destra (in alto a sinistra si trova l’idrogeno che è il primo). Terzo elemento più abbondante nell'Universo è l'Ossigeno che, viceversa, è il più presente nella Crosta Terrestre e nel Corpo Umano.



LA DOMINANZA QUASI ASSOLUTA DI IDROGENO ED ELIO
Idrogeno ed elio messi insieme costituiscono quasi il 98% della massa dell’intero Universo visibile. A seguire, in percentuali assai minori ci sono gli altri elementi, come l’Ossigeno (0,104%), il Carbonio (0,046%), il Neon (0,013), il Ferro (0,011), l’Azoto (0,009), il Silicio (0,007), il Magnesio (0,006) e lo Zolfo (0,004). Di questi, l’Ossigeno è l’elemento principale per la vita nella Terra e costituisce il 65% della massa complessiva del Corpo Umano, nonché il principale elemento compositivo anche della Crosta Terrestre. Pure nella costituzione della Terra e dell’Atmosfera l’Ossigeno rappresenta il principale elemento chimico rispettivamente dopo il Ferro e l’Azoto.

In definitiva quindi, possiamo semplificare il concetto del confronto analitico tra gli elementi più diffusi nell’Universo affermando che Idrogeno, Elio e Ossigeno sono i mattoni fondamentali dell’esistenza chimica della Natura, con una dominanza assoluta dei primi due, mentre, l’Ossigeno rimane elemento di nicchia.

COME LEGGERE LA SIMBOLOGIA CHIMICA
La simbologia chimica è una soluzione grafica per la rappresentazione abbreviata del nome di un elemento chimico. In essa troviamo in primo piano e in grande la lettera maiuscola che è spesso la prima lettera del nome dell’elemento in greco o in latino. Altri simboli grafici oltre alla lettera dell'elemento sono:

  • in alto a sinistra del simbolo, si trova il Numero di Massa (N), cioè il numero dei protoni (p+) sommato a quello dei neutroni (n-);
  • In basso a sinistra del simbolo, si trova il Numero Atomico (Z), che rappresenta solamente il numero dei protoni (p+).

L’IDROGENO
L’Idrogeno, dal greco ὕδωρ che vuol dire idro+geno, ovvero acqua+ generazione, è il primo elemento della Tavola Periodica e ha numero atomico 1. Ciò significa che al suo interno ha un solo protone. Pertanto l’Idrogeno è l’atomo più leggero e abbondante presente in natura.
L’isotopo più comune dell’Idrogeno è il Prozio che dispone di un protone e di un elettrone. Si tratta dell’elemento più semplice e per questo motivo è oggetto di studi della meccanica quantistica, la teoria che descrive il comportamento della materia.

L’Idrogeno assieme all'Elio è l’elemento principale di costituzione delle stelle. In esse l'Idrogeno si trova allo stato libero mentre sulla Terra, per la maggior parte, si trova associato ad altri elementi come ad esempio l’Ossigeno per formare la molecola dell’Acqua.

  • Allo stato libero l’idrogeno è altamente infiammabile, non ha colore, ne odore, ne sapore 

L’ELIO 
L’Elio, dal greco ἥλιος, cioè “sole”, dopo l’Idrogeno è l’elemento più leggero e abbondante in natura. Assieme all’Idrogeno è stato il primo elemento prodotto dal Big Bang (l’Elio-4) nella formazione dell’Universo e, sempre assieme all’Idrogeno, è l’elemento principale delle Stelle dove l’esplosione di continue reazioni termonucleari che la tengono in vita (stato di combustione) sono dovute all’Idrogeno che fonde in Elio. L’origine del nome "elio" risale al dio greco Helios che era il dio del Sole, il quale peraltro è una stella.

Nella Tavola Periodica l'Elio è rappresentato dal simbolo He ed è il secondo elemento chimico dopo l’Idrogeno, collocato subito in alto a destra. In alto a sinistra si trova l’Idrogeno che è il primo.


La caratteristica chimica dell’Elio è di avere l’ultimo livello energetico completo, ciò significa che è chimicamente inerte e non ha bisogno di legarsi ad altri atomi per mantenere il suo equilibrio. L’Elio per questa condizione è definito Gas Nobile e fa parte dell’insieme dei gas nobili (Neon, Argon, Kripton, Xenon, Radon) presenti in natura e rappresentati in azzurrino all'estrema destra nella Tavola Periodica.

  • Fra tutti gli elementi l’Elio ha il più basso punto di ebollizione e solidifica solo ad altissime pressioni. È inodore, incolore e insapore. L'Elio non è tossico.  

L’Elio più abbondante in natura è l’Elio-4, il primo prodotto al momento del Big Bang. Tuttavia, se è abbondantissimo come elemento costituente del materiale gassoso interstellare nello spazio, sulla superficie terrestre è un elemento presente raramente e lo si trova in forma di residuo da decadimento radioattivo di Torio, Uranio ed altri elementi pesanti. L’Elio si trova invece più abbondante nelle profondità della Terra a costituire riserve di gas naturale che possono essere rilasciate in atmosfera dalle eruzioni vulcaniche.

IL FERRO
Il Ferro, dal latino Ferru, è l’elemento chimico più abbondante sulla Terra e il sesto nell’Universo. Sulla Terra si trova particolarmente concentrato assieme al Nichel, sia nel nucleo esterno (allo stato liquido) che in quello interno (allo stato solido), mentre solo un 5% è presente sul mantello terrestre ma in forma di composti di ferro.
Il Ferro ha numero atomico 26 ed è l’elemento con la più alta energia di legame per nucleone, questo significa che il Ferro è l’elemento più pesante producibile mediante fusione nucleare di atomi più leggeri, pertanto il ferro rappresenta il limite di formazione degli elementi e questo spiega perché quando una stella esaurisce tutti i nuclei più leggeri, dopo aver “bruciato” in ordine idrogeno, elio, carbonio, neon, magnesio e fosforo, passa al ferro e inizia la fase di spegnimento. Ciò accede perché il Ferro ha un rapporto di fusione che non è più redditizio dal punto di vista energetico, in quanto, il processo da esogeno (di rilascio energetico) diventa endogeno (serve energia dall’esterno per fondere il ferro) e il metallo assorbe più energia di quanto ne rilascia. In questo modo la stella va in contro al collasso dando origine ad una supernova.

L’AZOTO
L'azoto, simbolo N perché un tempo si chiamava “nitrogeno”, è l’elemento chimico della tavola periodica con Numero Atomico 7. Questo elemento, che col suo 78% è il più abbondante nella Atmosfera, fu scoperto in Francia alla fine dell’Settecento: il termine fu coniato nel 1787 e il simbolo nel 1790. La sua importanza è assoluta anche nella costituzione di alcune molecole organiche, come il Dna e le proteine di cui è il principale costituente, e di alcune inorganiche, come l’Acido citrico e l’Ammoniaca.

  • Allo stato puro l’Azoto si trova in forma di gas inodore, insapore, incolore e inerte.

L’Azoto è largamente impiegato nell’Industria dove la maggior parte è utilizzato per sintetizzare ammoniaca che è il gas tossico dall’odore pungente fondamentale per la preparazione di esplosivi, coloranti, polimeri e fertilizzanti. L’Azoto liquido viene usato ottenere e conservare basse temperature non solo nei laboratori chimici ma anche nell’industria alimentare (il frappè), mentre, l’Azoto molecolare N2 è utilizzato nell’imbottigliamento dei vini.

Allo stato liquido l'Azoto è molto pericoloso perché è capace di procurare ustioni fredde. La sua rischiosità per un uso sbagliato aumenta in certi contesti lavorativi, quando, in caso di flussaggio, se respirato, può portare ad anossia, perdita di sensi e morte immediata, senza che la persona ne percepisca la presenza, in quanto è inodore. L’anossia può avvenire determinando la perdita dei sensi senza alcuna difficoltà respiratoria. Ecco perché è fondamentale, in alcune operazioni, avere una separazione fisica tra certe concentrazioni di azoto e il lavoratore. 

L’OSSIGENO
L’Ossigeno è un elemento chimico la cui scoperta sperimentale fu fatta in Svezia nel 1773, ma quella ufficiale venne attribuita all’Inghilterra l’anno dopo, grazie al fatto che il chimico che lo individuò, Joseph Priestley, pubblicò lo studio. A questo nuovo elemento fu dato il nome di “ossigeno” solo tre anni dopo, quando vennero fatte delle scoperte sul processo di combustione che misero definitivamente al bando la teoria del flogisto.

L’Ossigeno è un elemento chimico non metallico altamente ossidante con la maggior parte degli elementi. Dopo l’Idrogeno e l’Elio, in termini di massa, l’Ossigeno è l’elemento più abbondante nell’Universo, sebbene  con una variazione di percentuale nettamente inferiore rispetto agli altri due.
Nell’atmosfera l’Ossigeno si lega ad un altro atomo di Ossigeno per formare il diossido di Ossigeno che costituisce oltre il 20% dell’Atmosfera Terrestre. Questo composto è impiegato nella respirazione cellulare e insieme ad un atomo di Idrogeno costituisce la molecola dell’Acqua. L’Ossigeno è un elemento che si trova nella composizione delle principali molecole organiche come i carboidrati, i lipidi, le proteine e gli acidi nucleici. 

Quando l’atomo di Ossigeno si lega ad altri tre atomi sempre dello stesso elemento esso forma l’Ozono (O3), un gas capace di assorbire le radiazione ultraviolette e quindi, essendo presente abbondantemente nell’Atmosfera (il secondo elemento dopo l’Azoto), fornisce una protezione alla vita contro le radiazioni ultraviolette prodotte dal Sole. L’Ozono allo stesso tempo è un sottoprodotto dello smog e come tale è da considerarsi un gas inquinante.

L’Ossigeno ha un utilizzo diffusissimo nel campo dell’industria, sia per la produzione dell’Acciaio che della Plastica, ma anche della Medicina (l’Ossigenoterapia) e nel funzionamento di veicoli come l’Aeromobile, il Sottomarino e le Navicelle Spaziali.

  • Distribuzione degli elementi chimici nell'Uomo

  • Distribuzione degli elementi chimici sulla Terra

  • Distribuzione degli elementi chimici nella Atmosfera



  • Distribuzione degli elementi chimici sulla Crosta Terrestre

  • Distribuzione degli elementi chimici nell'Universo

Autore dell'articolo: Spanu Pierpaolo

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