--- title: "Los elementos en el Universo y en la Tierra" book: "Química escolar — Años 1 a 12" subject: chemistry language: es chapter: 21 exercises: 12 source: https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/21-los-elementos-en-el-universo-y-en-la-tierra license: CC-BY-NC-SA-4.0 credit: "One Chemistry Book, One Course (one-course.com)" --- # Capítulo 21 — Los elementos en el Universo y en la Tierra El calcio de tus huesos, el hierro de tu sangre y el oxígeno que respiras no se fabricaron en la Tierra. Se fabricaron en el interior de estrellas que nacieron y murieron antes de que naciera el Sol, y han pasado de la roca al mar, del mar a la planta y de la planta al animal durante miles de millones de años. Algunos elementos están por todas partes; otros son raros. ¿Qué elementos forman las estrellas, la Tierra, los océanos y a nosotros mismos? **Lo que ya sabes.** Un [elemento químico](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-element) es el conjunto de los [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) con el mismo [número atómico](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-atomic-number) $Z$; la masa de un [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) se acerca a $A \times 1.67 \times 10^{-27}\,\mathrm{kg}$, donde $A$ es su [número másico](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-atomic-number) ([Capítulo 16](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#ch-g9-inside-the-atom)). La [tabla periódica](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/20-la-tabla-periodica-un-primer-vistazo#def-g9-periodic-table-first-look-periodic-table) enumera los 118 elementos por [número atómico](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-atomic-number) ([Capítulo 20](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/20-la-tabla-periodica-un-primer-vistazo#ch-g9-periodic-table-first-look)). El [aire](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/4-el-aire-una-mezcla-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air) tiene unas cuatro quintas partes de nitrógeno y una quinta parte de oxígeno ([Capítulo 4](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/4-el-aire-una-mezcla-de-gases#ch-g4-air-a-mixture-of-gases)). ## 21.1 Los elementos de las estrellas **Definición 21.1 (Abundancia).** La *abundancia* de un elemento en un cuerpo material (una estrella, la corteza terrestre, el océano, un ser vivo) es su parte de la masa total, que se suele dar en tanto por ciento. **Proposición 21.2 (El Sol es hidrógeno y helio).** La superficie del Sol es, en masa, alrededor de un $74\,\%$ de hidrógeno y un $25\,\%$ de helio; todos los demás elementos juntos solo suponen alrededor del $1.3\,\%$. La mayor parte de la materia visible del Universo tiene una composición parecida: hidrógeno y helio, con una pizca de todo lo demás. **Proposición 21.3 (Elementos fabricados en las estrellas).** El hidrógeno y la mayor parte del helio se formaron en los primeros minutos del Universo. Casi todos los elementos más pesados (el carbono, el oxígeno, el hierro, el oro) se fabricaron más tarde, en el interior de las estrellas, y se dispersaron por el espacio cuando las estrellas explotaron. De ese polvo enriquecido se formaron nuevas estrellas y nuevos planetas. Cómo lo hacen las estrellas lo cuenta el libro de física. ![La nebulosa del Cangrejo, la nube que dejó una estrella que explotó hace casi mil años y que esparce elementos nuevos por el espacio (NASA, ESA, J. Hester y A. Loll).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g9-elements-universe-earth/img-8fcb8009e37d.jpg) *La nebulosa del Cangrejo, la nube que dejó una estrella que explotó hace casi mil años y que esparce elementos nuevos por el espacio (NASA, ESA, J. Hester y A. Loll).* ## 21.2 La Tierra **Proposición 21.4 (La corteza terrestre).** La fina piel rocosa de la Tierra, la corteza, es casi la mitad oxígeno y más de una cuarta parte silicio, en masa: las rocas y la arena son sobre todo óxidos de silicio y de unos pocos [metales](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/20-la-tabla-periodica-un-primer-vistazo#def-g9-periodic-table-first-look-metal). Ocho elementos (el oxígeno, el silicio, el aluminio, el hierro, el calcio, el sodio, el potasio y el magnesio) forman alrededor del $99\,\%$ de ella. El hidrógeno y el helio, tan corrientes en las estrellas, son escasos: los gases ligeros escaparon de la Tierra joven. **Observación 21.5 (El interior de la Tierra).** La corteza no es toda la Tierra. El hierro, pesado, se hundió hacia el centro cuando la Tierra joven estaba fundida: el [núcleo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) de la Tierra es sobre todo hierro, con algo de níquel. **Proposición 21.6 (Los océanos y el aire).** El agua del mar es sobre todo agua (hidrógeno y oxígeno) con alrededor de un $3.5\,\%$ de sales disueltas, en masa. Entre los [iones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/17-los-iones-y-las-disoluciones-ionicas#def-g9-ions-ion) disueltos, el cloruro y el sodio suponen alrededor del $85\,\%$, y el magnesio y el sulfato, otro $10\,\%$. El [aire](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/4-el-aire-una-mezcla-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air) es sobre todo nitrógeno y oxígeno. ![Abundancias en masa. A la izquierda, los ocho elementos principales de la corteza terrestre. A la derecha, los seis elementos principales del cuerpo de un adulto delgado (calculados a partir del número estimado de átomos).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g9-elements-universe-earth/fig-825bee277f55.svg) ![Abundancias en masa. A la izquierda, los ocho elementos principales de la corteza terrestre. A la derecha, los seis elementos principales del cuerpo de un adulto delgado (calculados a partir del número estimado de átomos).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g9-elements-universe-earth/fig-19c71de2caf0.svg) *[Abundancias](#def-g9-elements-universe-earth-abundance) en masa. A la izquierda, los ocho elementos principales de la corteza terrestre. A la derecha, los seis elementos principales del cuerpo de un adulto delgado (calculados a partir del número estimado de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom)).* ## 21.3 El cuerpo humano **Proposición 21.7 (De qué estamos hechos).** En masa, el cuerpo de un adulto delgado es alrededor de un $61\,\%$ de oxígeno, un $23\,\%$ de carbono y un $10\,\%$ de hidrógeno (sobre todo en el agua y en las [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) de la vida), seguidos del nitrógeno, el calcio (en los huesos y los dientes) y el fósforo. Si se cuentan [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) en lugar de masa, el orden cambia: en un cuerpo hay más [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrógeno que todos los demás [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) juntos, porque los [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrógeno son muy ligeros. Un cuerpo de $70\,\mathrm{kg}$ contiene alrededor de $7 \times 10^{27}$ [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom). **Método 21.8 (Leer un gráfico de abundancias).** 1. Comprobar qué se mide: la masa (en la mayoría de los gráficos) o el número de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) . 2. Leer la parte de cada elemento; sumar las de los principales para ver cuánto abarcan. 3. Para comparar dos cuerpos, buscar los elementos comunes a los dos y los que solo están en uno. El oxígeno encabeza los dos gráficos de este capítulo: es el elemento más abundante en masa de la corteza y del cuerpo humano. ## 21.4 Los mismos átomos, reciclados **Ejemplo 21.9 (El viaje de un átomo de carbono).** Un [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono fabricado hace mucho tiempo en una estrella puede pasar millones de años en una caliza, ser liberado como dióxido de carbono por un volcán, ser captado por una hoja, formar parte de un azúcar en una fruta, pasar a un animal que se come la fruta y volver a ser espirado como dióxido de carbono. Los [cambios químicos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/6-cambios-que-no-tienen-vuelta-atras#def-g5-irreversible-changes-chemical-change) no destruyen los [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom): los van pasando de unos a otros. ![Un átomo de carbono pasa de la roca al aire, del aire a la hoja, de la hoja al animal y vuelve al aire: el átomo mismo nunca se destruye.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g9-elements-universe-earth/fig-a149d9a56e69.svg) *Un [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono pasa de la roca al [aire](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/4-el-aire-una-mezcla-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air), del [aire](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/4-el-aire-una-mezcla-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air) a la hoja, de la hoja al animal y vuelve al [aire](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/4-el-aire-una-mezcla-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air): el [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) mismo nunca se destruye.* ![Roca, mar y aire: tres mezclas muy distintas de los mismos elementos.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g9-elements-universe-earth/img-8ae99578c545.jpg) *Roca, mar y [aire](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/4-el-aire-una-mezcla-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air): tres [mezclas](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/8-sustancias-puras-y-mezclas#def-g6-pure-substances-and-mixtures-mixture) muy distintas de los mismos elementos.* ## 21.5 Ejercicios **Ejercicio 21.1 ★.** ¿Qué dos elementos forman casi todo el Sol? **Solución de Ejercicio 21.1.** El hidrógeno (alrededor del $74\,\%$) y el helio (alrededor del $25\,\%$). **Ejercicio 21.2 ★.** ¿Qué elemento es el más abundante en la corteza terrestre? ¿Y en el cuerpo humano (en masa)? **Solución de Ejercicio 21.2.** El oxígeno en los dos casos. **Ejercicio 21.3 ★.** ¿Dónde se fabricaron la mayoría de los elementos más pesados que el helio? **Solución de Ejercicio 21.3.** En el interior de las estrellas, y en sus explosiones. **Ejercicio 21.4 ★.** ¿Qué porcentaje de la masa del agua del mar es sal disuelta? **Solución de Ejercicio 21.4.** Alrededor del $3.5\,\%$. **Ejercicio 21.5 ★★.** Con el gráfico de la corteza, suma las partes del oxígeno y del silicio. ¿Qué fracción de la corteza es eso, más o menos? **Solución de Ejercicio 21.5.** $46.6 + 27.7 = 74.3\,\%$: alrededor de tres cuartas partes. **Ejercicio 21.6 ★★.** ¿Por qué hay tan poco hidrógeno y tan poco helio en la corteza terrestre, si el Sol está hecho casi por completo de ellos? **Solución de Ejercicio 21.6.** Son gases muy ligeros: escaparon de la Tierra joven hacia el espacio (y el helio no forma compuestos que hubieran podido retenerlo en las rocas). **Ejercicio 21.7 ★★.** ¿Qué masa de carbono hay en un cuerpo de $70\,\mathrm{kg}$ que tiene un $23\,\%$ de carbono? **Solución de Ejercicio 21.7.** $0.23 \times 70 = 16.1\,\mathrm{kg}$. **Ejercicio 21.8 ★★.** ¿Por qué el oxígeno es el elemento más abundante del cuerpo en masa, mientras que el hidrógeno es el más abundante en número de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom)? **Solución de Ejercicio 21.8.** Los [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxígeno son 16 veces más pesados que los de hidrógeno: aunque haya menos [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxígeno, pesan más. **Ejercicio 21.9 ★★.** Un bloque de granito de $1000\,\mathrm{kg}$ es un trozo típico de la corteza. Con el gráfico, ¿qué masa de aluminio contiene, más o menos? **Solución de Ejercicio 21.9.** Alrededor de $0.081 \times 1000 = 81\,\mathrm{kg}$ de aluminio. **Ejercicio 21.10 ★★.** ¿Qué elementos aparecen a la vez entre los elementos principales de la corteza y entre los del cuerpo humano? **Solución de Ejercicio 21.10.** El oxígeno y el calcio (y, fuera de los ocho elementos principales de la corteza, el hidrógeno, el carbono y el fósforo están presentes en la corteza en pequeñas cantidades). **Ejercicio 21.11 ★★★.** Un cuerpo de $70\,\mathrm{kg}$ contiene alrededor de $1.06\,\mathrm{kg}$ de calcio. Calcula la masa de un [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de calcio ($A = 40$) y, después, el número de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de calcio. Escríbelo en notación científica. **Solución de Ejercicio 21.11.** $40 \times 1.67 \times 10^{-27} = 6.68 \times 10^{-26}\,\mathrm{kg}$; $1.06 / 6.68 \times 10^{-26} \approx 1.6 \times 10^{25}$ [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de calcio. **Ejercicio 21.12 ★★★.** Todos los [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de tu cuerpo han formado parte antes de otras cosas. Usa el viaje de un [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono para explicar por qué el número total de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono de la Tierra apenas cambia. **Solución de Ejercicio 21.12.** Los [cambios químicos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/6-cambios-que-no-tienen-vuelta-atras#def-g5-irreversible-changes-chemical-change) no crean ni destruyen [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom): solo los hacen pasar de un compuesto a otro (roca, gas, azúcar, ser vivo). Los [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono de la Tierra se usan una y otra vez. ## 21.6 Problema: ¿Cuántos átomos soy? **Problema 21.1.** Problema de fin de semana — de un gráfico de abundancias al número de átomos de oxígeno de un cuerpo humano Un adulto delgado de $70\,\mathrm{kg}$ es, en masa, alrededor de un $61\,\%$ de oxígeno, un $23\,\%$ de carbono y un $10\,\%$ de hidrógeno. Toma como masa de un [nucleón](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-proton) $1.67 \times 10^{-27}\,\mathrm{kg}$; un [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxígeno tiene 16 [nucleones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-proton), uno de carbono 12 y uno de hidrógeno 1. Se desprecian los [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus). **Parte I — Las masas.** 1. Calcula la masa de oxígeno del cuerpo. 2. Calcula la masa de carbono y la de hidrógeno. 3. ¿Qué porcentaje de la masa forman juntos estos tres elementos? 4. La mayor parte de este oxígeno y de este hidrógeno está en un solo compuesto. ¿Cuál? **Parte II — Un [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom).** 5. Calcula la masa de un [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxígeno. 6. Calcula la masa de un [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono y la de un [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrógeno. 7. ¿Cuántos [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrógeno pesan lo mismo que un [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxígeno? 8. ¿Por qué se pueden despreciar los [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) ? **Parte III — El recuento.** 9. Calcula el número de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrógeno del cuerpo. 10. Calcula el número de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono. 11. Calcula el número de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxígeno del cuerpo. 12. Una estimación cuidadosa da $1.61 \times 10^{27}$ [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxígeno en un cuerpo así. Compárala con tu recuento, y da el número de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxígeno de un cuerpo de $70\,\mathrm{kg}$ con dos cifras significativas. **Solución de Problema 21.1.** **1.** $0.61 \times 70 = 42.7\,\mathrm{kg}$. **2.** Carbono: $0.23 \times 70 = 16.1\,\mathrm{kg}$; hidrógeno: $0.10 \times 70 = 7.0\,\mathrm{kg}$. **3.** $61 + 23 + 10 = 94\,\%$. **4.** El agua, $\ce{H2O}$. **5.** $16 \times 1.67 \times 10^{-27} = 2.67 \times 10^{-26}\,\mathrm{kg}$. **6.** Carbono: $12 \times 1.67 \times 10^{-27} = 2.00 \times 10^{-26}\,\mathrm{kg}$; hidrógeno: $1.67 \times 10^{-27}\,\mathrm{kg}$. **7.** 16. **8.** Un [electrón](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) es unas 1836 veces más ligero que un [nucleón](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-proton): los [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) suponen menos de una milésima parte de la masa. **9.** $7.0 / 1.67 \times 10^{-27} \approx 4.2 \times 10^{27}$ [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrógeno. **10.** $16.1 / 2.00 \times 10^{-26} \approx 8.0 \times 10^{26}$ [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono. **11.** $42.7 / 2.67 \times 10^{-26} \approx 1.60 \times 10^{27}$ [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxígeno. **12.** Nuestro recuento, $1.60 \times 10^{27}$, concuerda con la estimación $1.61 \times 10^{27}$: un cuerpo de $70\,\mathrm{kg}$ contiene unos $1.6 \times 10^{27}$ [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de oxígeno.