L'abbondanza di unelemento chimico è lamassa di quellaspecie, presente nell'unità di massa del materiale considerato; essa misura quanto l'elemento considerato è relativamente comune o la quantità dell'elemento in confronto con tutti gli altri elementi. L'abbondanza, che è un parametro utile solo nel caso dimiscele di più sostanze, può essere misurata in vari modi:
In tutti e tre i casi si fa il rapporto tra la presenza (massa, numero di atomi/molecole) della specie in considerazione e la presenza totale di elementi.
La misura per frazione volumetrica è un metodo comune di misura dell'abbondanza per i miscugli gassosi come le atmosfere ed è prossimo al valore ottenuto valutando la frazione molare per miscugli digas ideali (cioè miscugli di gas a basse densità e pressioni).
Per esempio la frazione di massa dell'ossigeno in acqua è l'89%, perché questa è la frazione di acqua che è composta da ossigeno, ma l'abbondanza per moli è solo il 33% perché solo un atomo su tre è di ossigeno. Nell'universo e neigrandi pianeti gassosi comeGiove, le frazioni di massa dell'idrogeno e dell'elio sono circa il 74% e 23-25% rispettivamente, mentre la frazione per moli (atomiche) di questi elementi è circa il 92% e l'8%. Siccome nell'atmosfera di Giove l'idrogeno è diatomico al contrario dell'elio (gas nobile) le frazioni molari sono circa l'86% e il 14%.
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Lo stesso argomento in dettaglio:Abbondanza cosmica e Metallicità.Gli elementi – (barionici) formati daprotone,neutrone eelettrone – sono solo una piccola parte delle componenti dell'universo. Leosservazioni cosmologiche suggeriscono che circa il 73% dell'universo sia costituito daenergia oscura, il 23% damateria oscura e solo il 4% damateria barionica che costituisce lestelle, ipianeti ecc. La materia oscura non è stata ancora decifrata da un rilevatore diparticelle fisiche e la natura della materia oscura non è stata ancora compresa.
La maggior parte della materia barionica si trova sotto forma di atomi, anche se ci sono altre rare forme di materia, prevalentementeplasma. Altre forme di materia barionica includono lanana bianca, lastella di neutroni ed ilbuco nero. La materia standard esiste anche sotto forma difotoni (soprattutto nellaradioattività cosmica di fondo) e dei neutroni.
L'idrogeno è l'elemento conosciuto più abbondante dell'universo; l'elio è il secondo. Tuttavia, dopo questi, la graduatoria dell'abbondanza non continua a corrispondere alnumero atomico; l'ossigeno, ad esempio, occupa la terza posizione, pur avendo numero atomico 8. Tutti gli altri elementi hanno abbondanza minore inordine di grandezza. L'abbondanza degli elementi più leggeri è prevista con accuratezza dalmodello cosmologico standard, dal momento che sono stati prodotti per lo più poco dopo ilBig Bang, in un processo noto comenucleosintesi primordiale. Elementi più pesanti sono stati prodotti in seguito all'interno dellestelle.
L'3He è raro sulla terra ma ricercato per studi sullafusione nucleare; una quantità maggiore di3He è presente sulla Luna. Un'ulteriore quantità di elio viene prodotta per fusione nucleare dell'idrogeno nei nuclei delle stelle in diversi processi, fra i quali lacatena protone-protone ed ilciclo CNO.
Si stima che idrogeno ed elio rappresentino rispettivamente circa il 74% e 24% della materia barionica nell'universo. Nonostante rappresentino solamente una piccola frazione dell'universo, i rimanenti "elementi pesanti" possono notevolmente influenzare i fenomeni astronomici. Solamente il 2% circa del disco dellaVia Lattea è composta da elementi pesanti.
Anche questi elementi vengono generati da processi all'interno delle stelle; inastronomia qualsiasi elemento che non sia idrogeno o elio è un "metallo". Questa distinzione è significativa perché solamente idrogeno ed elio (con piccole tracce dilitio) si trovano naturalmente senza l'intervento di fusione nucleare all'interno delle stelle; dunque lametallicità di una galassia o di un altro oggetto è indice di un'attività stellare precedente.
Questi sono i dieci elementi più comuni nellaVia Lattea misurati in parti per milione e ordinati secondo la massa.[1]
| Elemento | Parti per milione |
|---|---|
| Idrogeno | 739 000 |
| Elio | 240 000 |
| Ossigeno | 10 700 |
| Carbonio | 4 600 |
| Neon | 1 340 |
| Ferro | 1 090 |
| Azoto | 950 |
| Silicio | 650 |
| Magnesio | 580 |
| Zolfo | 440 |
| Rimanenti | 650 |
La terra si è formata dalla stessa nuvola di materia dalla quale si è formato il Sole, ma i pianeti hanno acquisito differenti composizioni durante laformazione e l'evoluzione del sistema solare; lastoria della Terra ha portato il pianeta ad avere differenti concentrazioni degli elementi.
(vedere l'articolo principaleAbbondanza di elementi nella crosta terrestre)
Gli elementi che costituiscono la crosta terrestre vengono classificati (con elementi appartenenti a più di una categoria):
Ci sono salti nella percentuale di diffusione degli elementi chimici in prossimità di elementi instabili quali iltecnezio (numero atomico: 43) ed ilpromezio (numero atomico: 61). Sono molto rari sulla terra, essendo prodotti solo tramitefissione nucleare di atomi più pesanti quali uranio etorio. Tramite spettroscopia sono stati ritrovati entrambi nell'atmosfera di alcune stelle, dove vengono prodotti tramite processi di nucleosintesi. Non compaiono nemmeno igas nobili, dal momento che la loro presenza è dovuta al decadimento di elementi radioattivi; i sei elementi più rari, altamente radioattivi (polonio,astato,francio,radio,attinio eprotoattinio) non sono stati misurati accuratamente data la loro presenza percentuale troppo piccola.
Ossigeno,silicio e alluminio sono i tre elementi più comuni nella crosta terrestre, e formano numerosiminerali silicati.
La definizione "terre rare" è fuorviante: le terre rare più diffuse sono presenti in percentuali paragonabili ad elementi sfruttati a livello industriale comecromo,nichel,rame,zinco,molibdeno,tungsteno,stagno opiombo. Anche le terre rare meno frequenti (tulio e lutezio) sono presenti in quantità duecento volte superiori all'oro. Tuttavia le terre rare non tendono, diversamente dai metalli più o meno preziosi, a depositarsi in concentrazioni utili per essere sfruttati. Di conseguenza, la maggior parte delle riserve mondiali di terre rare provengono da pochi giacimenti.
Le differenze nell'abbondanza relativa delle terre rare nella crosta terrestre superiore è causata dalla sovrapposizione di due effetti, uno nucleare ed uno geofisico.
L'effetto nucleare mostra come le terre rare con numero atomico pari (58Ce,60Nd, ...) hanno abbondanza cosmica e terrestre maggiore delle terre rare adiacenti con numeri atomici dispari (57La,59Pr, ...). In secondo luogo, le terre rare più leggere, avendoraggio ionico maggiore, sono più fortemente concentrati nellacrosta continentale rispetto alle terre rare più pesanti. Nella maggior parte dei depositi di terre rare, i primi quattro elementi - La, Ce, Pr, e Nd - costituiscono dall'80 al 99% del totale.
| Elemento | Percentuale | Elemento | Percentuale |
|---|---|---|---|
| Ossigeno | 85.84 | Zolfo | 0.091 |
| Idrogeno | 10.82 | Calcio | 0.04 |
| Cloro | 1.94 | Potassio | 0.04 |
| Sodio | 1.08 | Bromo | 0.0067 |
| Magnesio | 0.1292 | Carbonio | 0.0028 |
Si veda ancheacqua marina per l'abbondanza degli elementi negli oceani, ma si consideri che questa lista è per massa – una lista permolarità (frazione molare) apparirebbe diversa per i primi quattro elementi: l'idrogeno rappresenterebbe i due terzi del numero totale di atomi perché l'idrogeno è presente con due atomi in ogni molecola d'acqua.
L'ordine degli elementi per frazione di volume (che è anche approssimativamente la frazione molare) nell'atmosfera terrestre èazoto (78.1%),ossigeno (20.9%),argon (0.96%), seguiti da carbonio ed idrogeno in quantità variabili. Questi ultimi sono in massima parte contenuti rispettivamente nelvapore acqueo e nell'anidride carbonica. Zolfo, fosforo e tutti gli altri elementi sono presenti in proporzioni decisamente inferiori.
L'argon, pur presente in quantità rilevante nell'atmosfera, non compare nella crosta terrestre essendo ungas nobile.
Le cellule sono composte per il 65-90% del loro peso da acqua (H2O); un'altra parte significativa del peso è dato da molecole organiche contenenti carbonio. L'ossigeno contribuisce così per la maggior parte alla composizione delle cellule umane, seguito dal carbonio. Il 99% della massa corporea umana è costituita da sei elementi: ossigeno, carbonio, idrogeno, azoto, calcio e fosforo.
| Elemento | Percentuale di massa[2] |
|---|---|
| Ossigeno | 65 |
| Carbonio | 18 |
| Idrogeno | 10 |
| Azoto | 3 |
| Calcio | 1.5 |
| Fosforo | 1.2 |
| Potassio | 0.2 |
| Zolfo | 0.2 |
| Cloro | 0.2 |
| Sodio | 0.1 |
| Magnesio | 0.05 |
| Ferro,Cobalto,Rame,Zinco,Iodio | <0.05 ciascuno |
| Selenio,Fluoro | <0.01 ciascuno |
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