Interdisciplinary study of the synthesis of the origin of the chemical elements and their role in the formation and structure of the Earth

Figure 3:
Nuclear fusion and fission at a glimpse. The vertical
axis shows the binding energy (difference between the actual
mass and the mass of isolated nucleons (in blue), multiplied by
c
2
, as a function of the mass number
A
in the horizontal axis.
There are just two ways to gain energy, to be released by the
process: the first is to fuse two nuclei to form a heavier one (left),
called
nuclear fusion
and possible as long as the initial nuclei are
light enough (iron
A
= 56
and surrounding species are the most
bound and correspond to the minimum of
E/A
)
; the second is
to break a very heavy nuclei into lighter ones, called fission and
happening spontaneously for many species with
A >
200
. The
first path is the one followed by stars, the second is the source
of fission reactors and bombs.
and electromagnetic forces which produce a minimum in
the
E/A
curve. Fission does not appear to play a major
role in the evolution of stars, in fact it is quite difficult
to produce very heavy nuclei, as we shall see below.
It is clear that the availability of heavier nuclei nec-
essarily needs higher temperatures for their fusion to
happen, and we shall relate this general feature to the
fate of the stars below.
5. The Big Bang, the Stars and the
Periodic Table
We are now in a position to start discussing the subject
of interest. In spite of its great importance, it is rarely
addressed in teaching in schools, or even in higher edu-
cation. We start with the
origin of chemical elements
of
the Periodic Table. In Chemistry classes the existence of
all elements is taken for granted, without ever raising the
question of their creation, as if it were automatically per-
formed in Nature and we did not need to know how. But
along the 20th century it became clear what happened
initially, in the Big Bang nucleosynthesis. The important
paper about the primordial synthesis of the elements by
Alpher, Bethe and Gamow [15] had a new vision of the
lightest nuclei which received a good deal of contribution
from Brazilian researchers [16,17] among others. Later
on, a progressive construction of a general picture showed
how stars, the largest ”ovens” in the present Universe
that produce heavier elements from lighter ones, yield
the bulk of the Periodic Table; and how explosive events
complete it on the high
A
end. A brief of the sequence
of nucleosynthesis follows.