موضوع مقاله: فراوانی عنصرهای شیمیایی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # فراوانی عنصرهای شیمیایی | مقدمه: کسری از جرم و انرژی در جهان که با برچسب «اتم‌ها» مشخص شده به معنی ساخته شده از عناصر شیمیایی است. | ## بخش 1: فراوانی عنصرهای شیمیایی | فراوانی یک عنصر شیمیایی عبارت است از اندازه‌گیری این که یک عنصر نسبت به دیگر عنصرها چقدر متداول (یا کمیاب) است، یا چقدر از آن عنصر نسبت به دیگر عنصرها در یک محیط داده‌شده وجود دارد. فراوانی پیمانه‌های متفاوتی دارد، مانند کسر جرمی، کسر مولی (یا کسر مولکولی برای گازها) یا کسر حجمی. برای گازهای مخلوط مانند جو یک سیاره، بیشتر از کسر حجمی استفاده می‌شود که برای گازهای ایده‌آل (مخلوط گازی با چگالی و فشار نسبتاً پایین) به مقدار کسر مولی-مولکولی نزدیک است. برای نمونه فراوانی کسر جرمی اکسیژن در آب حدود ۸۹٪ است اما فراوانی کسر مولی اکسیژن در آب تنها ۳۳٪ است چون یک اتم از سه اتم آب متعلق به اکسیژن است. در گیتی و در جو سیاره‌های غول گازی مانند مشتری فراوانی نسبت جرمی هیدروژن و هلیم به ترتیب حدود ۷۴٪ و ۲۳-۲۵٪ است. فراوانی عنصرها در جهان +ده عنصر فراوان در کهکشان راه شیری بر اساس تخمین‌های طیف‌سنجی عدد اتمی نام عنصر فراوانی(درصد)چگالی ۱ هیدروژن ۸۶/۸۸۹۰/۰۰۰۰۹ ۲ هلیم ۱۳/۱۰۱۰/۰۰۰۲ ۸ اکسیژن ۰/۰۰۹۰/۰۰۱۵ ۶ کربن ۰/۰۰۰۴۶۲/۳۱۰ نئون ۰/۰۰۰۱۴ ۲۶ آهن ۰/۰۰۰۱۲۷ نیتروژن ۰۰۰۰۹۶ /۰۱۴ سیلیسیم ۰/۰۰۰۰۶۵۱۲ منیزیم ۰/۰۰۰۰۶۰۱۶ گوگرد ۰/۰۰۰۰۵۵ عناصر (همه آنچه از پروتون و نوترون ساخته شده) تنها بخش کوچکی از اجزای تشکیل دهنده جهان هستند. مشاهدات کیهانی نشان می‌دهند که عناصر شیمیایی، تنها ۴٫۶٪ انرژی (و جرم معادل آن) موجود در جهان را تشکیل می‌دهند. در حالی که بقیه جهان از انرژی تاریک و ماده تاریک به ترتیب با فراوانی ۷۲٪ و ۲۳٪ شکل یافته‌است. بخش بزرگی از ماده موجود در جهان، به صورت یون یا پلاسما درون ستاره‌ها و ابرهای بین ستاره‌ای قرار دارد. هیدروژن فراوان‌ترین عنصر در جهان شناخته‌شده است و پس از آن هلیم در رتبه دوم قرار دارد. می‌توان فراوانی عناصر سبک را با تقریب خوبی براساس مدل استاندارد کیهان‌شناسی پیش‌بینی کرد؛ زیرا بیشتر این عنصرها در فاصله کوتاهی پس از مه‌بانگ ساخته شده‌اند. برآورد می‌شود که هیدروژن و هلیم به ترتیب حدود ۷۴٪ و ۲۴٪ ماده مرئی جهان را شکل داده باشند. البته عنصرهای سنگین‌تر با وجود این که ۲٪ باقی‌مانده را تشکیل می‌دهند، تأثیر زیادی بر فعالیت‌های کیهانی دارند. سه عنصر بعدی (یعنی لیتیم، بریلیم و بور)، فراوانی بسیار کمی دارند؛ زیرا زمان کمی برای تشکیل در مه‌بانگ داشتند و در ستاره‌ها نیز ساخته نمی‌شوند. | ## بخش 2: فراوانی عنصرهای شیمیایی | (البته مقدارهای اندکی از این عنصرها از واپاشی عناصر سنگین‌تر بر اثر تابش‌های کیهانی تشکیل می‌شوند.) فرایند آلفا سه‌گانه باعث گذر از این سه عنصر و تشکیل اتم کربن می‌شود. عنصرهای بعدی (عنصرهای سنگین‌تر از کربن) نیز از هم‌جوشی ذرات آلفا (دارای دو پروتون) در ستاره‌ها ساخته می‌شوند. دلیل این فراوانی، آن است که آهن پایدارترین عنصری است که به راحتی توسط ذرات آلفا ساخته می‌شود. عنصرهای سنگین‌تر از آهن در فرایندهای انرژی‌گیر در ستاره‌ها ساخته می‌شوند و عموماً فراوانی آنها در جهان با افزایش عدد اتمی، کاهش می‌یابد. رابطه فراوانی عنصر با انرژی بستگی هسته‌ای رابطه ضعیفی میان فراوانی نسبی ایزوتوپ‌ها و انرژی بستگی هسته‌ای آنها وجود دارد. هم چنین بیشتر بودن فراوانی عنصرهای با عدد اتمی زوج نسبت به عنصرهای فرد به دلیل بالاتر بودن انرژی بستگی هسته‌ای آنها بر اساس اصل طرد پائولی قابل تفسیر است. رابطه نیمه‌تجربی جرم، یک تفسیر نظری در مورد شکل کلی منحنی انرژی بستگی هسته‌ای ارائه می‌دهد. در حال حاضر، آهن (۳۲٫۱٪) و اکسیژن (۳۰٫۱٪) فراوان‌ترین عناصر تشکیل دهنده جرم زمین هستند. بیش از ۹۸٪ جرم زمین از هشت عنصر شکل گرفته‌است و سایر عناصر، تنها ۱٫۲٪ از جرم زمین را تشکیل می‌دهند. فراوانی عنصرها در پوسته زمین نمودار روبرو، فراوانی نسبی عنصرهای شیمیایی را در پوسته زمین (که برای اندازه‌گیری و تخمین، در دسترس‌تر است) نشان می‌دهد. عناصر موجود در پوسته زمین را می‌توان بر اساس فراوانی آنها یا کاربردشان در دسته‌هایی تقسیم‌بندی کرد: عنصرهای شکل‌دهنده سنگ‌ها (عنصرهای اصلی در محدوده سبز و عنصرهای فرعی در محدوده سبز کمرنگ) عنصرهای خاکی کمیاب (اسکاندیم، ایتریم و لانتانیدها با متن آبی) فلزهای صنعتی اصلی (تولید بیش از ۳۰هزار تن در سال با متن قرمز) فلزات گرانبها (با متن بنفش) کمیاب‌ترین فلزات (شش عنصر گروه پلاتین، طلا، رنیم و تلوریم در محدوده زرد) چند شکست در نمودار وجود دارد. عنصرهای تکنسیم و پرومتیم هیچ ایزوتوپ پایدار یا با نیم‌عمر بالایی ندارند و تنها به صورت بسیار ناچیزی به عنوان محصول واپاشی عنصرهای سنگین‌تر قابل ردیابی هستند. افزون بر این، گازهای نجیب هیچ پیوند شیمیایی در پوسته زمین تشکیل نمی‌دهند و تنها بر اثر واپاشی عنصرهای سنگین‌تر پدید می‌آیند.به همین دلیل، تنها در کمیت‌های بسیار ناچیز در پوسته زمین مشاهده می‌شوند. دوازده عنصر بسیار پرتوزا که در طبیعت بسیار ناچیز هستند (شامل پولونیم، استاتین، فرانسیم، رادیم، اکتینیم، پروتاکتینیم، نپتونیوم، پلوتونیم، امریسیم، کوریم، برکلیم و کالیفرنیم) نیز در نظر گرفته نمی‌شوند. | ## بخش 3: فراوانی عنصرهای شیمیایی | زیرا با این که در آغاز تشکیل زمین وجود داشتند، ولی به دلیل پرتوزا بودن به تدریج واپاشی شدند و در حال حاضر، تنها در کمیت‌های ناچیز بر اثر واپاشی اورانیوم و توریم پدید می‌آیند. ترکیب این دو عنصر، کانی‌های سیلیکاتی را که بخش قابل توجهی از سنگ‌ها را شامل می‌شوند، به وجود می‌آورد. +ده عنصر فراوان در اقیانوس‌ها عدد اتمی نام عنصر نسبت جرمی ۸ اکسیژن ۸۵٫۸۴٪ ۱ هیدروژن ۱۰٫۸۲٪ ۱۷ کلر ۱٫۹۴٪ ۱۱ سدیم ۱٫۰۸٪ ۱۲ منیزیم ۰٫۱۲۹٪ ۱۶ گوگرد ۰٫۰۹۱٪ ۲۰ کلسیم ۰٫۰۴٪ ۱۹ پتاسیم ۰٫۰۴٪ ۳۵ برم ۰٫۰۰۷٪ ۶ کربن ۰٫۰۰۳٪ فراوانی عنصرها در اقیانوس‌ها حدود ۷۰٪ سطح زمین از آب پوشیده شده‌است. به جز اکسیژن و هیدروژن (عناصر تشکیل‌دهنده آب) که بیش از ۹۶٪ ماده درون اقیانوس‌ها را شکل می‌دهند، عنصرهای سازنده نمک‌ها بیشترین فراوانی را در اقیانوس‌ها دارند. از جمله، کلر و سدیم (که سازنده نمک خوراکی هستند) به ترتیب با فراوانی ۱٫۹۴٪ و ۱٫۰۸٪ با اختلاف قابل توجهی نسبت به سایر عناصر، فراوانی زیادی در اقیانوس‌ها دارند. منیزیم، گوگرد، کلسیم، پتاسیم، برم و کربن سایر عناصر فراوان موجود در اقیانوس‌ها هستند. فراوانی عنصرها در جو فراوان‌ترین عناصر موجود در جو، نیتروژن (۷۸٫۱٪)، اکسیژن (۲۰٫۹٪) و آرگون (۰٫۹۶٪) هستند. کربن و هیدروژن نیز به صورت کربن دی‌اکسید و بخار آب با مقدار متغیر در جو وجود دارند. آرگون با وجود آن که فراوانی بسیار کمی در زمین دارد، ولی فراوانی آن در جو قابل توجه است. فراوانی عنصرها در بدن انسان حدود ۶۵ تا ۹۰٪ جرم سلول‌های بدن انسان را آب تشکیل می‌دهد و بخش بزرگی از مقدار باقیمانده نیز شامل مولکول‌های آلی کربن‌دار است. بنابراین اکسیژن نسبت قابل توجهی از جرم بدن انسان را به خود اختصاص می‌دهد و پس از آن نیز کربن قرار می‌گیرد. تقریباً ۹۹٪ جرم بدن انسان از شش عنصر شکل یافته‌است: اکسیژن (۶۵٪)، کربن (۱۸٪)، هیدروژن (۱۰٪)، نیتروژن (۳٪)، کلسیم (۱٫۵٪) و فسفر (۱٫۲٪). ۰٫۷۵٪ نیز شامل پنج عنصر است: پتاسیم (۰٫۲٪)، گوگرد (۰٫۲٪)، کلر (۰٫۱٪)، سدیم (۰٫۱٪) و منیزیم (۰٫۰۵٪). | ## جمع‌بندی | دو عنصر آلومینیوم و سیلیسیم با وجود فراوانی در زمین، در بدن انسان تقریباً بی‌تأثیر هستند.