Abundența chimică
Abundența unui element chimic este masa speciei respective , prezentă în unitatea de masă a materialului considerat; măsoară cât de mult elementul considerat este relativ comun sau cantitatea elementului în comparație cu toate celelalte elemente. Abundența, care este un parametru util numai în cazul amestecurilor de mai multe substanțe, poate fi măsurată în diferite moduri:
- după fracția de masă
- prin fracție molară (fracțiune de atomi sau, uneori, de molecule, în cazul gazelor)
- după fracțiunea de volum .
În toate cele trei cazuri, relația se face între prezența (masa, numărul de atomi / molecule) a speciei luate în considerare și prezența totală a elementelor.
Măsurarea fracțiunii volumetrice este o metodă obișnuită de măsurare a abundenței pentru amestecuri de gaze precum atmosfere și este apropiată de valoarea obținută prin evaluarea fracției molare pentru amestecuri de gaze ideale (adică amestecuri de gaze la densități și presiuni mici).
De exemplu, fracția de masă a oxigenului din apă este de 89%, deoarece aceasta este fracția de apă care este compusă din oxigen, dar abundența pe mol este de numai 33%, deoarece doar unul din trei atomi este oxigen. În univers și în planete mari de gaze, cum ar fi Jupiter , fracțiile de masă de hidrogen și heliu sunt de aproximativ 74% și respectiv 23-25%, în timp ce fracția per mol (atomică) a acestor elemente este de aproximativ 92% și 8%. Deoarece în atmosfera lui Jupiter hidrogenul este diatomic spre deosebire de heliu ( gaz nobil ), fracțiile molare sunt de aproximativ 86% și 14%.
Abundența elementelor din univers
Elementele - ( barion ) formate din protoni , neutroni și electroni - sunt doar o mică parte din componentele universului. Observațiile cosmologice sugerează că aproximativ 73% din univers este alcătuit din energie întunecată , 23% din materia întunecată și doar 4% din materia barionică care alcătuiește stelele , planetele etc. Materia întunecată nu a fost încă descifrată de un detector fizic de particule , iar natura materiei întunecate nu a fost încă înțeleasă.
Majoritatea materiei barionice se găsesc sub formă de atomi, deși există și alte forme rare de materie, în principal plasmă . Alte forme de materie barionică includ pitica albă , steaua neutronică și gaura neagră . Materia standard există, de asemenea, sub formă de fotoni (în special în radioactivitatea cosmică de fond ) și neutroni.
Hidrogenul este cel mai abundent element cunoscut din univers ; heliul este al doilea. Cu toate acestea, după acestea, clasamentul abundenței nu continuă să corespundă numărului atomic ; oxigenul, de exemplu, ocupă a treia poziție, deși are numărul atomic 8. Toate celelalte elemente au o abundență mai mică în ordinea mărimii . Abundența elementelor mai ușoare este prezisă cu precizie de modelul cosmologic standard , deoarece acestea au fost produse în mare parte la scurt timp după Big Bang , într-un proces cunoscut sub numele de nucleosinteză primordială . Elementele mai grele au fost produse ulterior în interiorul stelelor .
3 El este rar pe pământ, dar căutat pentru studii de fuziune nucleară ; o cantitate mai mare de 3 El este prezent pe Lună. O cantitate suplimentară de heliu este produsă prin fuziunea nucleară a hidrogenului în nucleele stelelor în diferite procese, inclusiv lanțul proton-proton și ciclul CNO .
Se estimează că hidrogenul și heliul reprezintă aproximativ 74% și, respectiv, 24% din materia barionică din univers. Deși reprezintă doar o mică parte din univers, restul de „elemente grele” pot influența foarte mult fenomenele astronomice. Doar aproximativ 2% din discul Căii Lactee este alcătuit din elemente grele.
Aceste elemente sunt, de asemenea, generate de procese în interiorul stelelor; în astronomie orice element care nu este hidrogen sau heliu este un „metal”. Această distincție este semnificativă deoarece doar hidrogenul și heliul (cu urme mici de litiu ) apar în mod natural fără intervenția fuziunii nucleare în interiorul stelelor; prin urmare, metalicitatea unei galaxii sau a unui alt obiect indică o activitate stelară anterioară.
Acestea sunt cele mai frecvente zece elemente din Calea Lactee măsurate în părți pe milion și ordonate în masă. [1]
| Element | Părți per milion |
|---|---|
| Hidrogen | 739 000 |
| heliu | 240 000 |
| Oxigen | 10 700 |
| Carbon | 4 600 |
| Neon | 1 340 |
| Fier | 1 090 |
| Azot | 950 |
| Siliciu | 650 |
| Magneziu | 580 |
| Sulf | 440 |
| Rămas | 650 |
Abundența elementelor de pe Pământ
Pământul a fost format din același nor de materie din care s-a format Soarele, dar planetele au dobândit compoziții diferite în timpul formării și evoluției sistemului solar ; istoria Pământului a determinat planeta să aibă diferite concentrații ale elementelor.
Scoarta terestra
Elementele care alcătuiesc scoarța terestră sunt clasificate (cu elemente aparținând mai multor categorii):
- elemente care formează rocile
- pământuri rare (lantanide lanthanum - lutetium și itriu )
- metale de interes industrial (producție globală> ~ 3 × 10 7 kg / an)
- cele nouă cele mai rare „metale”; cele șase elemente ale grupului de platină plus aur, reniu și telur (un nemetal ).
Există salturi în procentul de difuzie a elementelor chimice în vecinătatea elementelor instabile, cum ar fi tehneciul (număr atomic: 43) și prometiu (numărul atomic: 61). Sunt foarte rare pe pământ, fiind produse numai de fisiunea nucleară a atomilor mai grei, cum ar fi uraniul și toriul . Ambele au fost găsite prin spectroscopie în atmosfera unor stele, unde sunt produse prin procese de nucleosinteză. Gazele nobile nici măcar nu apar, deoarece prezența lor se datorează decăderii elementelor radioactive; cele șase elemente rare, extrem de radioactive ( poloniu , astatin , franciu , radiu , actiniu și protactiniu ) nu au fost măsurate cu precizie din cauza prezenței lor procentuale prea mici.
Oxigenul, siliciul și aluminiul sunt cele mai comune trei elemente din scoarța terestră și formează numeroase minerale de silicat .
Difuzarea pământurilor rare
Definiția „pământuri rare” este înșelătoare: cele mai răspândite pământuri rare sunt prezente în procente comparabile cu elementele exploatate la nivel industrial precum crom , nichel , cupru , zinc , molibden , tungsten , staniu sau plumb . Chiar și pământurile rare mai puțin frecvente ( tuliu și lutetiu) sunt prezente în cantități de două sute de ori mai mari decât aurul. Cu toate acestea, pământurile rare nu tind, spre deosebire de metalele mai mult sau mai puțin prețioase, să fie depuse în concentrații utile exploatării. În consecință, majoritatea rezervelor de pământ rar din lume provin din câteva câmpuri.
Diferențele în abundența relativă a pământurilor rare în scoarța superioară a pământului sunt cauzate de suprapunerea a două efecte, unul nuclear și unul geofizic.
Efectul nuclear arată cum pământurile rare cu numere atomice pare ( 58 Ce, 60 Nd, ...) au o abundență cosmică și terestră mai mare decât pământurile rare adiacente cu numere atomice impare ( 57 La, 59 Pr, ...). În al doilea rând, pământurile rare mai ușoare, având o rază ionică mai mare, sunt mai puternic concentrate în scoarța continentală decât pământurile rare mai grele. În majoritatea depozitelor de pământuri rare, primele patru elemente - La, Ce, Pr și Nd - reprezintă 80-99% din total.
Ocean
| Element | Procent | Element | Procent |
|---|---|---|---|
| Oxigen | 85,84 | Sulf | 0,091 |
| Hidrogen | 10,82 | Fotbal | 0,04 |
| Clor | 1,94 | Potasiu | 0,04 |
| Sodiu | 1,08 | Brom | 0,0067 |
| Magneziu | 0,1292 | Carbon | 0,0028 |
Consultați și apa de mare pentru abundența elementelor din oceane, dar considerați că această listă este în masă - o listă după molaritate (fracția molară) ar arăta diferit pentru primele patru elemente: hidrogenul ar reprezenta două treimi din numărul total de atomi, deoarece hidrogenul este prezent cu doi atomi în fiecare moleculă de apă.
Atmosfera
Ordinea elementelor după fracția de volum (care este, de asemenea, aproximativ fracția molară) din atmosfera terestră este azotul (78,1%), oxigenul (20,9%), argonul (0,96%), urmat de carbon și hidrogen în cantități variabile . Acestea din urmă sunt în mare parte conținute în vapori de apă și, respectiv, dioxid de carbon . Sulful, fosforul și toate celelalte elemente sunt prezente în proporții mult mai mici.
Argonul, deși este prezent în cantități semnificative în atmosferă, nu apare în scoarța terestră, deoarece este un gaz nobil .
Corpul uman
Celulele sunt compuse din apă (H2O) pentru 65-90% din greutatea lor; o altă parte semnificativă a greutății este dată de moleculele organice care conțin carbon. Oxigenul contribuie astfel la cea mai mare parte la compoziția celulelor umane, urmat de carbon. 99% din masa corpului uman este alcătuită din șase elemente: oxigen, carbon, hidrogen, azot, calciu și fosfor.
| Element | Procentul de masă [2] |
|---|---|
| Oxigen | 65 |
| Carbon | 18 |
| Hidrogen | 10 |
| Azot | 3 |
| Fotbal | 1.5 |
| Fosfor | 1.2 |
| Potasiu | 0,2 |
| Sulf | 0,2 |
| Clor | 0,2 |
| Sodiu | 0,1 |
| Magneziu | 0,05 |
| Fier , Cobalt , Cupru , Zinc , Iod | <0,05 fiecare |
| Seleniu , fluor | <0,01 fiecare |
Notă
- ^ anul 1996 Ken Croswell, Alchemy of the Ceres , Anchor, ISBN 0-385-47214-5 .
- ^ Raymond Chang, Chimie, ediția a noua , McGraw-Hill, 2007, p. 52, ISBN 0-07-110595-6 .
Elemente conexe
linkuri externe
- Abundența elementelor din Univers , pe itchiavari.org .
- ( EN ) Lista elementelor în ordinea abundenței în scoarța terestră (corectată doar pentru cele mai frecvente zece elemente)
- (EN) Abundența elementelor din scoarța Pământului , a periodictable.com.
- (EN) univers și nucleosinteza elementelor Abundența (PDF) pe astro.wesleyan.edu. Adus la 3 februarie 2008 (arhivat din original la 1 septembrie 2006) .
