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I. LA NATURALEZA Y SU EVOLUCIÓN QUÍMICA

INTRODUCCIÓN
LA TIERRA, planeta que habitamos, no es más que un gran conjunto de mezclas de sustancias químicas. La materia en ella existía, como lo han demostrado los geólogos, desde hace 4 500 millones de años. Pero, ¿cómo y cuándo se formó la Tierra?, ¿y nuestro Sol?, ¿y la Vía Láctea con sus 200 000 millones de estrellas?, ¿y las otras galaxias?Además, ¿de dónde provino toda la materia que forma el Universo?, ¿cómo y cuándo se formaron los elementos químicos y sus átomos?, ¿y la vida?, ¿somos los únicos? Todas estas preguntas inquietan al hombre. Su raciocinio le induce a reflexionar acerca de su origen y el de todas las cosas.
EVIDENCIA DEL ORIGEN COMÚN DE LOS ELEMENTOS
Actualmente, la ciencia ha permitido al género humano encontrarrespuesta a algunas de esas interrogantes. Tal vez no todas sean totalmente correctas, pero las evidencias actuales indican que parecen ser acertadas aunque podrían ser modificadas en el futuro, a la luz de nuevas concepciones y de nueva información. Desde luego, no podemos viajar al pasado para buscar el origen de la materia. No obstante, en el Universo actual hay indicios que nos permiten plantearhipótesis relativas a lo que sucedió muchos años atrás. Además de conocer la superficie terrestre, hemos podido analizar meteoritos y tenemos ya muestras lunares y marcianas. Por otra parte, el análisis de la luz de las estrellas nos ha revelado su composición química. Los átomos de cada elemento químico y las moléculas que dichos átomos forman se manifiestan de manera distinta, y por ello hemospodido reconocerlos a distancias enormes, gracias a la astrofísica y a la cosmoquímica. 




Figura I.1. Parte central de la nebulosa de Orión 
Por otra parte, en el núcleo atómico se encuentra otra característica de cada elemento: su número de protones. Recordemos que el núcleo está formado esencialmente por neutrones y protones, estos últimos con una carga eléctrica positiva. Los átomos deun mismo elemento tienen el mismo número de protones en el núcleo, aunque el de neutrones puede variar. Por ello acostumbramos definir al núcleo de la siguiente forma: es un átomo con un número característico de protones y de neutrones.


Para referirse a un núcleo determinado, se acostumbra emplear el símbolo químico del elemento correspondiente y colocar a su izquierda dos cantidades: arribasu número de masa A (A = número de masa o número de protones + neutrones), y debajo su número atómico Z (Z = número atómico o número de protones en el núcleo). Así el número de neutrones N es la diferencia N = A - Z. 

Existen 109 elementos conocidos, con Z desde 1 hasta 109,1 pero hay más de 1 300 variedades de núcleos. Cada una de éstas es un núcleo. 


Un hecho sorprendente es que laabundancia de los elementos químicos, e incluso de sus isótopos, sea similar en todos los objetos conocidos del Universo, una vez que se toman en cuenta ciertos procesos secundarios. Por ejemplo, es obvio que los meteoritos que han caído en la Tierra han perdido muchos elementos ligeros, pero aquellos que se conservan existen en las mismas proporciones que en el Sol. Asimismo, en la corteza terrestre,o en la lunar, los elementos también reproducen la abundancia solar. 


Figura I.2. Isótopos, protones y neutrones se mantienen unidos por el núcleo gracias a la llamada interacción fuerte o fuerza nuclear. Por ello, para formar o destruir un núcleo se requiere o se libera una gran cantidad de energía. 
ABUNDANCIA DE LOS ISÓTOPOS Como hemos visto, los átomos de un elemento no son todosiguales. Hay átomos de hidrógeno, por ejemplo, con 1, 2 o 3 partículas en su núcleo. Desde luego, en todos ellos hay sólo un protón, y eso es lo que caracteriza al hidrógeno. Los diferentes isótopos de los átomos no son igualmente estables ni ocurren en la naturaleza con la misma posibilidad. Por ejemplo, de cada 100 000 átomos de hidrógeno, 99 985 son de  y15 son de.
Los de tritio  son inestables y,...