Formação dos elementos quí­micos

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A formação dos elementos químicos
Modelo Cosmológico 
 proposto a partir dos anos 1950
Eventos Relacionados à Evolução da Matéria
Início da Organização e Complexificação
5. Formação da radiação cósmica de fundo – CMB
4. Matéria e radiação se separam enquanto elétrons e núcleos se unem - emissão de fótons
____________________
3. t = 1s; T=1010K
prótons e nêutrons se aglutinam na forma de núcleos de H, 2H, 3H, 3He, 4He, Li
2. t = 10-10 s; T=1015K
Formação de prótons, nêutrons e mésons
1. t = 10-34 s; T=1027K
época dominada por quarks e antiquarks
ALFRED KAMAJIAN Scientific American Brasil 2002, Ano I (7), 32
As quatro forças fundamentais
e o domínio das fontes de energia.
Intervalo de energia correspondente a cada uma das forças:
Força Gravitacional: F=G m1.m2/r2, onde G=6,67.10-11N.Kg-2.m-2, (longo alcance) – Leis de Newton
Forças Eletromagnéticas: l de 1 a 1000nm (longo alcance)
 - Hertz e Maxwell (1864 a 1893)
Forças Nucleares Fracas: decaimento a do Ra 4,9Mev (curto alcance) – Experimentos sobre radiatividade (1895)
Forças Nucleares Fortes: 100GeV a 7Tev (curto alcance)
1 eV=1,6.10-11J
Interações das Partículas Atrizes: resultam da troca de partículas virtuais, os bósons.
BÓSONS
FÓTONS: massa nula e alcance infinito; interação eletromagnética entre duas partículas dotadas de carga;
BÓSONS vetoriais fracos: partículas vetoriais das forças nucleares fracas;
GLÚONS: quarks que formam os hádrions;
GRÁVITONS: partículas virtuais da interação gravitacional.
As Quatro Forças Fundamentais e os Meios para sua Utilização
Forças nucleares fortes (100GeV a 7Tev)
Aceleradores de partículas
Forças nucleares fracas (dec. a do Ra 4,9MeV)
Usina nuclear de produção de energia
Forças eletromagnéticas 
E=h.n=h.c/l; h=6,62. 10-34J.s; c=3.108m.s-1 - l=1 a 1000nm
Raio X; UV; VIS; IV; MO; RF
Forças gravitacionais F=Gm1.m2/r2
G=6,67. 10-11 N. Kg-2.m-2
1 eV = 1,602. 10-11 J
Nucleossíntese Primordial
Abundâncias cósmicas, medidas no sistema solar (Sol, vento solar e meteoritos) em função do número atômico Z.
 Ao termo da evolução extraterrestre da matéria inanimada, nunca interrompida:
 
Abundância dos Principais Elementos no Universo
H
76,50%
N
0,12%
He
21,15%
Fe
0,12%
O
0,82%
Si
0,07%
C
0,34%
Mg
0,06%
Ne
0,30%
S
0,04%
Demais elementos (270 isótopos estáveis e 55 instáveis)
0,13%
Nebulosa Planetária
Estrelas com massa próxima àquela do Sol, em seus estágios finais, sofrem o colapso de seu núcleo.
 Isso acontece quando se esgota o hidrogênio combustível que existe no centro das estrelas.
A temperatura central aumenta muito, e as camadas externas da estrela são expelidas, formando uma nebulosa planetária, que é uma nuvem de gás e poeira em volta de uma estrela colapsada. 
http://www.astro.iag.usp.br/~maciel/teaching/artigos/medida.html
Formação das Galáxias
Começa a Era Estelar: A Complexificação retoma o seu curso
t = 1.106 anos; T=3000K
Aglomerados de matéria formam os quasares, estrelas e protogaláxias
Nucleossíntese de elementos mais pesados
Queimando Hidrogênio e Hélio primordiais, as estrelas sintetizam núcleos mais pesados
Aglomerado de galáxias NASA
Nascimento de Átomos e Moléculas
1.106K
2 núcleos de H
He
1.108K
Fusão de núcleos de He
C, N, O
Entre 5.108e 8.106 K
Fusão de núcleos de C
Na, Mg
~ 109K
Fusão de núcleos de O
S, P, Si
5.109K
Fe, Ni, Co, Cr
Elementos mais pesados formam-se por ocasião da explosão das supernovas, por adição de nêutrons.
238 Urânio (92p=146n)
Nucleossíntese Estelar
 Nucleossíntese quiescente: caracterizada pelas reações nucleares que ocorrem durante toda vida de uma estrela (Ciclo CNO).
Nucleossíntese explosiva: que ocorre somente nos estágios finais de estrelas de grande massa, em explosões de supernovas, para estrelas com massa igual ou dez vezes a massa do Sol.
Supernova
Processos de nucleossíntese que ocorrem nas gigantes vermelhas.
Formação do Sistema Solar
NASA
 t = -5. 109 anos
 Forma-se o Sistema Solar no seio de uma nuvem galáctica enriquecida dos resíduos de explosões estelares.
 Depois de cerca de 400 milhões de anos, os anéis que rodeiam o sol se condensam em planetas.
Formação da Terra
t = -4,6. 109 anos
Tendo o calor solar destruído os compostos orgânicos interestelares, tudo está por começar na jovem terra para que apareça a vida.
NASA
Composição da Terra
< 1%
Demais elementos
0,4%
Al
13%
Si
0,6%
Ca
17%
Mg
2,7%
S
28%
O
2,7%
Ni
35%
Fe
Ciclo da Água no Universo
Hidrogênio foi formado desde o Big-Bang e o Oxigênio foi formado mais tarde no interior das grandes estrelas (Ciclo CNO).
Para que a água se forme nesse espaço frio é necessária a presença de partículas de poeira (da ordem de 1m) que ajudam a agregar os átomos de Hidrogênio e Oxigênio para formar H2O.
As partículas de poeira que agregam H e O para formar H2O encontram-se nas nuvens escuras entre as estrelas e podem ser detectadas por sondas de Infravermelho (Telescópio Herschel e o Telescópio ALMA).
Ciclo da água no universo se processa da seguinte maneira:
1. Gelo de água se forma em nuvens frias situadas entre estrelas;
2. Novas estrelas podem formar-se no seio dessas nuvens;
3. Durante o colapso da nuvem forma-se um disco de gás, poeira e água; e se encontra em rotação.
4. Os pequenos grãos de poeira formam enormes blocos de rocha e cometas contendo água.
É muito provável que parte da água da Terra provenha de impacto de cometas em sua superfície. 
Ilustração do cometa Hartley, que possui água com a mesma proporção de deutério que a água da Terra.
Graças a equipamentos especiais presentes do telescópio Herschel, sabemos agora que a água é abundante junto de todas estrelas jovens.
Bombardeamento por meteoritos
Química Orgânica Interestelar
Acredita-se que quantidades importantes de material orgânico foram depositadas na terra primitiva.
Estima-se que atualmente mais de 100 toneladas de meteoritos caia sobre a terra e que, na época de sua formação ,este bombardeamento era cerca de 104 vezes maior.
Www.planetsave.com
Outra fonte de água na Terra está relacionada com a formação da atmosfera, pela desgaseificação do planeta.
 
Este termo refere-se ao fenômeno de liberação de gases por um sólido ou líquido quando este é aquecido ou resfriado. O processo, atuante até hoje, teve início na fase de resfriamento geral da Terra, após a fase inicial de fusão parcial.
 
Neste gradativo resfriamento e formação de rochas ígneas, foram liberados gases, principalmente vapor de água H2O e gás carbônico CO2, entre vários outros, como subprodutos voláteis da cristalização do magma. A geração de água na forma de vapor é observada atualmente em erupções vulcânicas.
Estratificação da Terra
Placas Tectônicas
“como icebergs flutuam nos oceanos, montanhas flutuam num tipo de mar de rochas plásticas que escoa facilmente sob pressão”.
Movimentos das Placas Tectônicas
Os limites entre as placas podem ser de três tipos: transformantes (Figura 3), quando as placas se afastam horizontalmente,convergentes (ponto 2 na Figura 4), quando duas placas colidem e uma delas retorna ao manto e seu material é reciclado. O terceiro tipo, é o limite divergente, quando duas placas se afastam originando uma nova litosfera, ou seja, uma nova crosta. (ponto 3 na Figura 4).
Figura 3 
Figura 4 
Erupção no monte Santa Helena em maio de 1980
Grande Gêiser, Parque Nacional de Yellowstone
https://www.brasil247.com/images/4/7f/47f91f9e693ff721e44ba902ef732c2e42f32bbb.jpg
Vista Aérea do Grand Prismatic Spring; Parque Nacional de Yellowstone
https://media.gettyimages.com/photos/grand-prismatic-spring-at-yellowstone-national-park-picture-id667781269
Minerais metálicos oriundos do vulcanismo
PbS galena
FeS Pirita
https://www.cristaisdecurvelo.com.br/product_images/uploaded_images/galena-3.jpg
https://1.bp.blogspot.com/8TDqnPeVf4U/Wd5wyh8EmoI/AAAAAAAAVRY/h0ACPsKQmrYL06b6xDlVEdB3vAxSqOjPQCLcBGAs/s1600/pirita.jpgCondições Particulares do Planeta Terra para a Emergência da Vida
Posição da Terra na órbita do Sol
Regula a incidência de energia
Distribuição de temperatura no solo
Pequenas variações de temperatura e pressão
Densidade do ar
Água em abundância
Absorção da energia solar
Composição química da crosta terrestre
Reflete as necessidades impostas pela vida
Abundância de O2
 Origem da Vida
Adão e Eva (Tamara de Lempicka) Roda da	Vida						 (Mito Indiano)
https://i.pinimg.com/originals/4f/8b/95/4f8b95f8cc273bebfce99604295dc530.jpg
http://4.bp.blogspot.com/AeC_zIJ2fUQ/UxYOQo6ztWI/AAAAAAAAASg/xLIO5WzbH2c/s1600/samsara.jpg
A questão dos cenários de aparecimento e de evolução de formas primordiais de vida
a) cenários extraterrestres: 	cogitado principalmente como banco de moléculas precursoras e/ou moléculas monoquirais
b) cenários terrestres:
 i) interface entre meios aquosos e as superfícies minerais que ocorrem nas fissuras fumegantes das dorsais oceânicas;
ii) interface entre meios aquosos primitivos (mares, lagos e lagunas) e a atmosfera primitiva terrestre. (”sopa primordial”)
Origem Extraterrestre
Bombardeamento por meteoritos
Química Orgânica Interestelar
Acredita-se que quantidades importantes de material orgânico foram depositadas na terra primitiva.
Estima-se que atualmente mais de 100 toneladas de meteoritos caia sobre a terra e que, na época de sua formação ,este bombardeamento era cerca de 104 vezes maior.
Www.planetsave.com
Fissuras fumegantes das dorsais oceânicas
http://slideplayer.com.br/363089/2/images/18/Fumarola+no+assoalho+oce%C3%A2nico+National+Geographic+Magazine%2C+out+2000.jpg
A primeira evidência de uma possível química pré-biótica no ambiente hidrotérmico das fissuras no fundo dos oceanos
Vulcão Etna em Atividade (21/07/06)
Cristal de Pirita (Fe-S)
Reações no mundo do FeS
CONDIÇÕES PARA AS REAÇÕES
Reação Catalisador Temp. 	Pressão
________________________________
(1) -> (2)	(Fe,Ni)S 	100°C 	0.2 MPa
(1) -> (3)	(Fe,Ni)S 	100°C 	0.2 MPa
(9) -> (3) 	 FeS 	100°C 	0.2 MPa
(1) -> (5) 	(Fe,Ni)S 	100°C 	0.2 MPa
(3) -> (4) 	(Fe,Ni)S 	100°C 	0.2 MPa
 (2) -> (6) 	 FeS 	250°C	 200 MPa
(6) -> (7) 	 FeS 	100°C 	0.2 MPa
(7) -> (8) 	 (Fe,Ni)S 	100°C 	0.2 MPa
http://ajdubre.tripod.com/Sci-Read-0/y-OriginLife-82500/OriginLifeSci-82500.html
Síntese de Strecker
https://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2009/08/full-1-0adcfc9161.jpg
Síntese de Purinas
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Síntese de Pirimidinas
Síntese de Pirimidinas
Síntese de Açúcares
Considerações Finais
O conhecimento científico e suas conexões;
A importância de se aprofundar sobre o legado dos cientistas do passado e o conhecimento do estado da arte são imprescindíveis à inovação que as novas gerações estão por fazer.