Isótopos de hidrogênio, cátions e nuvens moleculares

Estrelas

 As estrelas são formas comuns no cosmos, elas iluminam constantemente o remanso obscuro do universo, isso pode dura por apenas alguns milhares de anos e podendo ir até trilhões de anos, dependendo de sua massa.

 Todas as estrelas contém algo em comum, sendo a quantidade monstruosa de gás hidrogênio (H). O hidrogênio (H) é o principal elemento químico, ele funciona como um combustível para manter a estrela luminosa e estável com a gravidade. O calor no centro da estrela ultrapassa os dez milhões de graus celsius, dando o processo de choque de partículas, ou seja, a fusão nuclear do hidrogênio (H) em hélio (He).

Típico núcleo estrelar, zonas onde ocorre a fusão dos isótopos de hidrogênio.

Hidrogênio e outros da tabela periódica:

 O elemento químico de número atômico 1 e de massa atômica 1,00794u, é os atributos químicos do hidrogênio (H), sendo, 75% da matéria no universo, o hidrogênio (H) se encontra-se como nuvens de gás, aglomerados de puro hidrogênio molecular ou dihidrogênio (H2), em conjunto com outros elementos químicos como vapor de água (H2O), sulfeto de hidrogênio (H2S), metano (CH4), fosfina (PH3) e dentre outros.

 O hidrogênio (H) possui variações no seu núcleo, como a quantidade de nêutrons, sendo a variação desta quantidade de nêutrons no núcleo atômico de um a dois nêutrons com o único próton. 

O hidrogênio (H) é o único elemento que possui diferentes nomes comuns para cada um de seus isótopos:

 Prótio (1H): É um dos isótopos estáveis do hidrogênio. O núcleo do isótopo prótio é por apenas um único próton e um elétron, ele não possui nêutrons no núcleo.

Estado: gás.
Lugares: Esse isótopo é comum no universo.

Isótopo de Prótio,  um próton e um elétron.

 Deutério (2H): É o segundo tipo de isótopo do hidrogênio, possuindo apenas um próton, um nêutron e um elétron na orbita do núcleo. O deutério é representado com a letra "D", também possui forte presença nas estrela, particularmente no núcleo, onde ocorre a fusão nuclear do hidrogênio. Apesar que o deutério não é radioativo, quando o deutério perde o único elétron que orbita o núcleo, ele passa a ser chamado de dêuteron.

Estado: gás
Lugares: Este isótopo é encontrado na natureza, fissão nuclear, fusão nuclear e no espaço.

Isótopo de Deutério, constituído por um próton, um nêutron e um elétron.

 Trítio (³H): É o terceiro isótopo do hidrogênio, o seu núcleo é composto por, um próton, dois nêutrons e um elétron. Esse isótopo é radioativo, desintegrando-se em ³₂He+, gerando uma emissão beta (β^-). O trítio com o núcleo contendo três partículas, com apenas um próton carregado eletricamente, podendo libera grande quantidade de energia na fusão nuclear. O átomo de trítio é representado pela letra "T".

Estado: gás
Lugares: O isótopo só é encontrado na fissão nuclear, fusão nuclear, próximo das estrelas, na interação de raios cósmicos com os gases da atmosfera da Terra e de outro planetas.

Isótopo radioativo de trítio, constituído por um próton, dois nêutrons e um elétron.

Hidrogênio protonado molecular ou trihidrogênio (H₃⁺): este íon é exótico na Terra, porém abundante no espaço. Este cátion é estável no meio interestelar pelo fator de baixa temperatura e baixa densidade interestelar, sendo no estado químico gasoso, ele é sem paralelos por qualquer tipo de íon molecular. Este cátion é uma molécula triatômica simples (ligação de três centros e dois elétrons), e possui dois elétrons de valência no sistema.

Via de produção de H₃⁺ é pela reação de H₂⁺ com H_2. 

H₂⁺ + H₂ → H₃⁺ + H

 A concentração de H₂⁺ é o que limita a taxa de reação. H₂⁺ só pode ser produzido no espaço interestelar pela ionização de H2 (Dihidrogênio) por um raio cósmico.

H2 + raio cósmico → H₂⁺ + e- + raio cósmico

Emissão de raios cósmicos em uma proto-estrela.

 O raio cósmico possui grande quantidade de energia, que pouquíssima energia é consumida para ionizar a molécula de H₂. Na nuvens moleculares, os raios cósmicos partem da proto-estrela ou da estrela completa, deixando um rastro de H₂⁺, portanto, H₃⁺, ele se encontra em baixa temperatura, sendo de -238°C (35K) e por densidade de 1014/cm².


 As nuvens moleculares no espaço interestelar são riquíssimas de partículas, que capturam umas às outras, em alta temperatura e pressão, no centro da nuvem molecular (núcleo da estrela). Os isótopos comuns na nuvem são os três tipos do hidrogênio (1H, 2H, e 3H), e também, nas emissões de raios cósmicos, sendo os cátions de H₂⁺ e H₃⁺. 

Nebulosa e os elementos químicos

  Demócrito de Abdera, um grego que acreditava que todo o cosmos é constituído por infinitos tipos de átomos, que jorram por acaso e se chocam. Para Demócrito e seu mestre Leucipo de Mileto, com o decorrer do tempo, os átomos se aglomeram formando os conjuntos complexos de átomos, sendo os estados da matéria, formando: os sólidos, os líquidos, os gasosos e o anímico (estado espírito).  

  Todo o Cosmos é constituído por diversos tipos de átomos e conjuntos, formando moléculas. A ideia de Demócrito e Leucipo foi assimilada pela ciência.

 Existem em todo o espaço sideral, nuvens de diversos tipos de átomos e na sua constituição química é de H₂ hidrogênio molecular, porções de gás hélio (He) e poeira interestelar. Esse conjunto se chama nebulosas, grandes nuvens moleculares, a quantidade de matéria é de 90% de H₂, outros de 9% de gás Hélio (He) e 1% de poeira cósmica, como por exemplo Carbono (C) e Silicatos (SiO₂ e SiO₄).

Átomo de Hidrogênio.

 Os átomos de hidrogênio molecular (H₂) começam a se unir, formando uma nuvem densa, o hidrogênio (H) começa a se aglomerar em um centro específico, ou seja, atrai-lo até o núcleo que exerce a atração ao elementos químicos. A massa concentrada no núcleo é comprimida, gerando calor e altas pressões no núcleo, ou seja, os átomos de hidrogênio molecular (H₂) são lançados em altas velocidades uns contra os outros, e como consequência os núcleos atômicos individuais se chocam, unindo os prótons e nêutrons que se chocaram criando um novo núcleo atômico, sendo de, dois prótons e dois nêutrons, o núcleo do hélio (He).

Nuvem de hidrogênio molecular em processo inicial e seu produto final. 

  Este é o princípio da fusão nuclear no centro da nuvem. O núcleo comprime o gás e a poeira iniciando o processo de criação de novos núcleos atômicos, ou, novos elementos químicos. No decorrer do processo de fusão existe subprodutos do evento, sendo, o raio gama, o pósitron, o neutrino, e o escape de prótons ou nêutrons. O escape de prótons e nêutrons é para estabilizar o elemento, como exemplo, o gás nobre hélio(He).

  Voltamos a questão das cargas das partículas que constituí o átomo. O próton possui uma carga elétrica positiva, e um elétron com uma carga negativa. Particularmente falando, o átomo é neutro, porém o núcleo possui muitos prótons e a repulsão das cargas positivas não ocorre, devido a função dos nêutrons. Isto ocorre no processo de fusão nuclear.

Fusão nuclear de dois prótons e um nêutron, sendo o núcleo de hélio(He).

 O hidrogênio molecular (H₂) no núcleo da nebulosa entra em choque com as outras moléculas presentes no espaço, nesse processo a colisão dos átomos acaba gerando alguns subprodutos, o pósitron que tem carga elétrica positiva, e o neutrino que é uma partícula subatômica sem carga elétrica.

 O gás envolta do núcleo está em constante movimento orbital, consequentemente existe campos magnéticos, como a matéria está em movimento giratório, ele acumula sobre as linhas de campo. Com a movimentação dos gases, sendo lançados ao espaço e as linhas de campo são envergadas formando jatos sólidos.

Disco de acreção e os jatos de raios vindo do núcleo da estrela.

  A nuvem molecular se tornando uma Proto-estrela. Neste estágio, o núcleo da nuvem se transformou e se tornou denso em relação a nuvem molecular anterior, por sinal, acaba comprimindo o gás hidrogênio(H) e a poeira cósmica. As temperaturas e pressão ultrapassam as temperaturas anteriores, na fase de nebulosa, nuvem de poeira e glóbulo. Já na próxima fase, a proto-estrela se torna uma estrela definitiva.