وفرة العناصر الكيميائية

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 14 صور
الموسوعة الحرة

مجموعة من الدوائر المتداخلة الملونة والمُصنفة حسب النظائر
أكثر النظائر وفرةً في الكون. تتناسب الوفرة النسبية مع مساحة كل دائرة.ح1{\displaystyle {\ce {^{1}H}}}(الدائرة الزرقاء الكبيرة) تشكل 74% من المادة العادية في الكون. اللون يرمز إلى عملية التخليق النووي.
  • الأزرق: الانفجار العظيم
  • الأخضر: نجوم منخفضة الكتلة تحتضر
  • الأصفر: نجوم ضخمة متفجرة

يُعدّ وفرة العناصر الكيميائية مقياسًا لتواجدها مقارنةً بجميع العناصر الأخرى في بيئة معينة. تُقاس الوفرة بإحدى ثلاث طرق: الكسر الكتلي (يُسمى غالبًا الكسر الوزني في السياقات التجارية )، أو الكسر المولي (نسبة الذرات بالعدد، أو أحيانًا نسبة الجزيئات في الغازات)، أو الكسر الحجمي . يُعدّ الكسر الحجمي مقياسًا شائعًا للوفرة في الغازات المختلطة، مثل أغلفة الكواكب الجوية، وهو مشابه في قيمته للكسر المولي الجزيئي في مخاليط الغازات ذات الكثافات والضغوط المنخفضة نسبيًا، وكذلك في مخاليط الغازات المثالية . تُعطى معظم قيم الوفرة في هذه المقالة على شكل كسور كتلية.

يهيمن الهيدروجين والهيليوم، اللذان نتجا خلال عملية التخليق النووي في الانفجار العظيم ، على وفرة العناصر الكيميائية في الكون . أما العناصر المتبقية، التي لا تشكل سوى حوالي 2% من الكون، فقد نتجت في الغالب عن طريق التخليق النووي في المستعرات العظمى . وتُعد العناصر ذات الأعداد الذرية الزوجية أكثر شيوعًا من العناصر المجاورة لها في الجدول الدوري ، وذلك بسبب طاقة تكوينها المواتية، والتي تُوصف بقاعدة أودو-هاركينز .

تتشابه وفرة العناصر في الشمس والكواكب الخارجية مع وفرتها في الكون. وبسبب التسخين الشمسي، شهدت عناصر الأرض والكواكب الصخرية الداخلية في المجموعة الشمسية استنزافًا إضافيًا للهيدروجين والهيليوم والنيون والنيتروجين والكربون المتطاير (الذي يتبخر على شكل غاز الميثان ). وتُظهر قشرة الأرض ووشاحها ونواتها أدلة على الفصل الكيميائي، بالإضافة إلى بعض الاحتجاز بفعل الكثافة. وتوجد سيليكات الألومنيوم الأخف وزنًا في القشرة، بينما يوجد المزيد من سيليكات المغنيسيوم في الوشاح، في حين يتكون اللب من الحديد والنيكل المعدنيين. أما وفرة العناصر في بيئات متخصصة، كالغلاف الجوي والمحيطات وجسم الإنسان، فهي في الأساس نتاج تفاعلات كيميائية مع الوسط الذي توجد فيه.

قيم الوفرة

يُعبّر عن وفرة كل عنصر برقم نسبي. يستخدم علم الفلك مقياسًا لوغاريتميًا للوفرة.ϵX{\displaystyle \epsilon _{X}}نسبة العنصر X إلى الهيدروجين، كما هو محدد بواسطة ϵX≡سجل⁡(شمالX/شمالح)+12.00{\displaystyle \epsilon _{X}\equiv \log(N_{X}/N_{H})+12.00} بالنسبة لكثافة العددشمال{\displaystyle N}؛ϵح=12.00{\displaystyle \epsilon _{H}=12.00}على هذا المقياس. [ 1 ] مقياس آخر هو الكسر الكتلي أو، بشكل مكافئ، النسبة المئوية للكتلة. [ 2 ]

على سبيل المثال، يمكن قياس وفرة الأكسجين في الماء النقي بطريقتين: الأولى هي النسبة الكتلية ، وهي حوالي 89%، لأنها تمثل نسبة كتلة الماء التي تشكل الأكسجين. أما الثانية فهي النسبة المولية ، وهي حوالي 33%، لأن ذرة واحدة فقط من أصل ثلاث ذرات في الماء (H₂O ) هي الأكسجين. كمثال آخر، عند النظر إلى النسبة الكتلية للهيدروجين والهيليوم في الكون ككل وفي أغلفة الكواكب الغازية العملاقة مثل المشتري ، نجد أنها 74% للهيدروجين و23-25% للهيليوم ؛ بينما تبلغ النسبة المولية الذرية للهيدروجين 92%، وللهيليوم 8% في هذه البيئات. بتغيير البيئة إلى الغلاف الجوي الخارجي للمشتري ، حيث يكون الهيدروجين ثنائي الذرة بينما الهيليوم أحادي الذرة، تتغير النسبة المولية الجزيئية (نسبة جزيئات الغاز الكلية)، وكذلك نسبة حجم الغلاف الجوي، من الهيدروجين إلى حوالي 86%، ومن الهيليوم إلى 13%. تحت الغلاف الجوي الخارجي لكوكب المشتري، تختلف الكسور الحجمية اختلافًا كبيرًا عن الكسور المولية بسبب درجات الحرارة العالية ( التأين وعدم التناسب ) والكثافة العالية، حيث يكون قانون الغاز المثالي غير قابل للتطبيق.

الكون

تم تقدير العناصر العشرة الأكثر شيوعًا في مجرة ​​درب التبانة باستخدام التحليل الطيفي [ 3 ]
Zعنصرالكسر الكتلي
1هيدروجين73.97%
2الهيليوم24.02%
8الأكسجين1.04%
6الكربون0.46%
10نيون0.134%
26حديد0.109%
7نتروجين0.096%
14السيليكون0.065%
12المغنيسيوم0.058%
16الكبريت0.044%

يهيمن الهيدروجين والهيليوم، اللذان نتجا خلال عملية التخليق النووي في الانفجار العظيم ، على وفرة العناصر الكيميائية في الكون . أما العناصر المتبقية، التي لا تشكل سوى 2% تقريبًا من الكون، فقد نتجت في الغالب عن المستعرات العظمى وبعض النجوم العملاقة الحمراء . يُعد الليثيوم والبريليوم والبورون ، على الرغم من انخفاض أعدادها الذرية، عناصر نادرة ، لأنها، مع أنها تُنتج عن طريق الاندماج النووي، إلا أنها تُدمر بفعل تفاعلات أخرى في النجوم. [ 4 ] [ 5 ] وينتج وجودها الطبيعي عن تفتت الكربون والنيتروجين والأكسجين بفعل الأشعة الكونية في نوع من تفاعلات الانشطار النووي. وتُعد العناصر من الكربون إلى الحديد أكثر وفرة نسبيًا في الكون نظرًا لسهولة إنتاجها في عملية التخليق النووي في المستعرات العظمى . أما العناصر ذات الأعداد الذرية الأعلى من الحديد (العنصر 26)، فتصبح نادرة تدريجيًا في الكون، لأنها تمتص طاقة النجوم بشكل متزايد أثناء إنتاجها. كذلك، فإن العناصر ذات الأعداد الذرية الزوجية أكثر شيوعًا بشكل عام من جيرانها في الجدول الدوري ، وذلك بسبب الطاقة المواتية للتكوين (انظر قاعدة أودو-هاركينز )، ومن بين أخف النوى، الهيليوم إلى الكبريت، النظائر الأكثر وفرة ذات العدد المتساوي من البروتونات والنيوترونات.

الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الكون، يليه الهيليوم . أما باقي العناصر فهي أقل وفرة بكثير. بعد ذلك، لا يرتبط ترتيب الوفرة بالعدد الذري . فالأكسجين، على سبيل المثال، يحتل المرتبة الثالثة من حيث الوفرة، لكن عدده الذري هو 8.

يوجد 80 عنصرًا مستقرًا معروفًا ، وتشكل أخف 16 عنصرًا منها 99.9% من المادة العادية في الكون. تقع هذه العناصر الستة عشر نفسها، من الهيدروجين إلى الكبريت، على الجزء الخطي الأولي من جدول النوى (المعروف أيضًا بمخطط سيغري )، وهو رسم بياني يوضح عدد البروتونات مقابل عدد النيوترونات في جميع المواد، العادية منها والغريبة، ويحتوي على مئات النظائر المستقرة وآلاف أخرى غير مستقرة. يكون مخطط سيغري خطيًا في البداية لأن الغالبية العظمى من المادة العادية (99.4% في النظام الشمسي [ 6 ] )، باستثناء الهيدروجين، تحتوي على عدد متساوٍ من البروتونات والنيوترونات (Z=N).

The abundance of the elements up to lithium is well predicted by the standard cosmological model, since they were mostly produced shortly (i.e., within a few hundred seconds) after the Big Bang, in a process known as Big Bang nucleosynthesis. Heavier elements were mostly produced much later, in stellar nucleosynthesis.[6]:275[7][8][9]

In general, elements up to iron are made by large stars in the process of becoming supernovae, or by smaller stars in the process of dying. Iron-56 is particularly common, since it is the most stable nuclide (in that it has the highest nuclear binding energy per nucleon) and can easily be "built up" from alpha particles (being a product of decay of radioactive nickel-56, ultimately made from 14 helium nuclei). Elements heavier than iron are made in energy-absorbing processes in large stars, and their abundance in the universe (and on Earth) generally decreases with increasing atomic number.

The table shows the ten most common elements in our galaxy (estimated spectroscopically), as measured in parts per million, by mass.[3] Nearby galaxies that have evolved along similar lines have a corresponding enrichment of elements heavier than hydrogen and helium. The more distant galaxies are being viewed as they appeared in the past, so their abundances of elements appear closer to the primordial mixture. Since physical laws and processes are apparently uniform throughout the universe, however, it is expected that these galaxies will likewise have evolved similar abundances of elements.

As shown in the periodic table, the abundance of elements is in keeping with their origin. Very abundant hydrogen and helium are products of the Big Bang. The next three elements in the periodic table (lithium, beryllium, and boron) are rare, despite their low atomic number. They had little time to form in the Big Bang. They are produced in small quantities by nuclear fusion in dying stars or by breakup of heavier elements in interstellar dust, caused by cosmic ray spallation. In supernova stars, they are produced by nuclear fusion, but then destroyed by other reactions.[4]

Periodic table showing the cosmological origin of each element

تُنتَج العناصر الأثقل، بدءًا من الكربون ، في النجوم المحتضرة أو النجوم المستعرة العظمى نتيجة تراكم جسيمات ألفا (نوى الهيليوم)، مما يُسهم في وفرة أكبر بالتناوب للعناصر ذات الأعداد الذرية الزوجية (وهي أيضًا أكثر استقرارًا). وقد لُوحظ تأثير ندرة العناصر الكيميائية ذات الأعداد الفردية في الكون تجريبيًا عام 1914، ويُعرف هذا التأثير بقاعدة أودو-هاركينز . يوضح الرسم البياني التالي ( بمقياس لوغاريتمي ) وفرة العناصر في النظام الشمسي .

الوفرة التقديرية للعناصر الكيميائية في النظام الشمسي (مقياس لوغاريتمي)
أكثر النظائر المشعة وفرة في النظام الشمسي [ 6 ]
نوكليودأالكسر الكتلي بأجزاء في المليونالكسر الذري بأجزاء في المليون
الهيدروجين-11705,700909,964
الهيليوم-44275,20088,714
الأكسجين-16169592774
الكربون-12123032326
النيتروجين-14141105102
نيون-20201548100
نظائر أخرى:3616172
سيليكون-282865330
المغنيسيوم-242451328
آيرون-5656116927
الكبريت-323239616
الهيليوم-333515
الهيدروجين-222315
نيون-222220812
المغنيسيوم-2626794
الكربون-1313374
المغنيسيوم-2525694
ألومنيوم-2727583
الأرجون-3636773
كالسيوم-4040602
صوديوم-2323332
آيرون-5454722
سيليكون-2929342
نيكل-5858491
سيليكون-3030231
آيرون-5757281

العلاقة بطاقة الربط النووي

لوحظت ارتباطات ضعيفة بين الوفرة التقديرية للعناصر في الكون ومنحنى طاقة الربط النووي (المعروف أيضًا بطاقة الربط لكل نيوكليون ). وبشكل عام، كان للاستقرار النسبي لمختلف النوى الذرية في مواجهة الظروف الطاقية الهائلة لعملية التخليق النووي في الانفجار العظيم تأثير قوي على الوفرة النسبية للعناصر المتكونة في الانفجار العظيم، وأثناء تطور الكون بعد ذلك. [ 10 ] انظر المقال الخاص بالتخليق النووي لفهم كيفية قيام بعض عمليات الاندماج النووي في النجوم (مثل احتراق الكربون ، وما إلى ذلك) بتكوين عناصر أثقل من الهيدروجين والهيليوم.

راجع النص

A further observed peculiarity is the jagged alternation between relative abundance and scarcity of adjacent atomic numbers in the estimated abundances of the chemical elements in which the relative abundance of even atomic numbers is roughly 2 orders of magnitude greater than the relative abundance of odd atomic numbers (Oddo–Harkins rule). A similar alternation between even and odd atomic numbers can be observed in the nuclear binding energy curve in the neighborhood of carbon and oxygen, but here the loose correlation between relative abundance and binding energy ends. The binding energy for beryllium (an even atomic number), for example, is less than the binding energy for boron (an odd atomic number), as illustrated in the nuclear binding energy curve. Additionally, the alternation in the nuclear binding energy between even and odd atomic numbers resolves above oxygen as the graph increases steadily up to its peak at iron. The semi-empirical mass formula (SEMF), also called Weizsäcker's formula or the Bethe-Weizsäcker mass formula, gives a theoretical explanation of the overall shape of the curve of nuclear binding energy.[11]

راجع النص

Sun

Modern astronomy relies on understanding the abundance of elements in the Sun as part of cosmological models. Abundance values are difficult to obtain: even photospheric or observational abundances depend upon models of solar atmospherics and radiation coupling.[12] These astronomical abundance values are reported as logarithms of the ratio with hydrogen. Hydrogen is set to an abundance of 12 on this scale.

The Sun's photosphere consists mostly of hydrogen and helium; the helium abundance varies between about 10.3 and 10.5 depending on the phase of the solar cycle;[13] carbon is 8.47, neon is 8.29, oxygen is 7.69[14] and iron is estimated at 7.62.[15]

Earth

انظر إلى التعليق
Parts-per-million cube of relative abundance by mass of elements of the entire Earth down to around 1 ppm

The Earth formed from the same cloud of matter that formed the Sun, but the planets acquired different compositions during the formation and evolution of the Solar System. In turn, the history of Earth led to parts of the planet having differing concentrations of the elements.

The mass of the Earth is approximately 5.97×10يبلغ وزنها 24  كيلوغرامًا. تتكون في معظمها من الحديد (32.1%)، والأكسجين (30.1%)، والسيليكون (15.1%)، والمغنيسيوم (13.9%)، والكبريت (2.9%)، والنيكل (1.8%)، والكالسيوم (1.5%)، والألومنيوم (1.4%)؛ أما النسبة المتبقية البالغة 1.2% فتتكون من آثار ضئيلة لعناصر أخرى. [ 16 ] لا يمكن تحديد كمية الأكسجين والسيليكون والكبريت والكربون والهيدروجين في لب الأرض إلا من خلال النماذج النظرية، وبالتالي فإن وفرة هذه العناصر في الأرض ككل غير معروفة بدقة. [ 17 ]

إن التركيب الإجمالي للأرض من حيث الكتلة العنصرية مشابه تقريبًا للتركيب الإجمالي للنظام الشمسي، مع وجود اختلافات رئيسية تتمثل في أن الأرض تفتقر إلى كمية كبيرة من العناصر المتطايرة مثل الهيدروجين والهيليوم والنيون والنيتروجين، بالإضافة إلى الكربون الذي فُقد على شكل هيدروكربونات متطايرة .

أما التركيب العنصري المتبقي فهو نموذجي تقريبًا للكواكب الداخلية "الصخرية" ، التي تشكلت "داخل" " خط الصقيع " بالقرب من الشمس، حيث دفعت حرارة الشمس الفتية والرياح النجمية المركبات المتطايرة إلى الفضاء.

تحتفظ الأرض بالأكسجين باعتباره ثاني أكبر مكون من كتلتها (وأكبر جزء ذري)، ويرجع ذلك أساسًا إلى تفاعل الأكسجين العالي؛ مما تسبب في ارتباطه بالمعادن السيليكاتية التي تتميز بنقطة انصهار عالية وضغط بخار منخفض.

قشرة

راجع النص
وفرة (النسبة الذرية) العناصر في القشرة القارية العليا للأرض كدالة للعدد الذري. العناصر الأندر في القشرة (الموضحة باللون الأصفر) نادرة لعدة أسباب: جميعها، باستثناء واحد، هي عناصر محبة للحديد (سيديروفيلية) ذات كثافة عالية وفقًا لتصنيف غولدشميت ، مما يعني أنها تمتزج جيدًا مع الحديد المعدني، مما يؤدي إلى استنزافه عن طريق نقله إلى أعماق لب الأرض. وتكون وفرتها أعلى في النيازك . كما استُنزف التيلوريوم أيضًا عن طريق الفرز قبل التراكم في السديم عبر تكوين تيلوريد الهيدروجين المتطاير . [ 19 ]

تبلغ وفرة العناصر التسعة الأكثر وفرة في قشرة الأرض تقريبًا: الأكسجين 46%، السيليكون 28%، الألومنيوم 8.3%، الحديد 5.6%، الكالسيوم 4.2%، الصوديوم 2.5%، المغنيسيوم 2.4%، البوتاسيوم 2.0%، والتيتانيوم 0.61%. أما العناصر الأخرى فتوجد بنسب أقل من 0.15%. للاطلاع على القائمة الكاملة، انظر وفرة العناصر في قشرة الأرض .

يوضح الرسم البياني على اليمين الوفرة الذرية النسبية للعناصر الكيميائية في القشرة القارية العليا للأرض - الجزء الذي يسهل الوصول إليه نسبياً للقياسات والتقدير.

يتم تصنيف العديد من العناصر الموضحة في الرسم البياني إلى فئات (متداخلة جزئياً):

  1. العناصر المكونة للصخور (العناصر الرئيسية باللون الأخضر، والعناصر الثانوية باللون الأخضر الفاتح)؛
  2. العناصر الأرضية النادرة (اللانثانيدات (La–Lu)، Sc، و Y؛ مُعَلَّمة باللون الأزرق)؛
  3. المعادن الصناعية الرئيسية (الإنتاج العالمي >~3×10 7 كجم/سنة؛ مُصنفة باللون الأحمر)؛
  4. المعادن الثمينة (المميزة باللون الأرجواني)؛
  5. المعادن التسعة الأندر - عناصر مجموعة البلاتين الستة بالإضافة إلى الذهب والرينيوم والتيلوريوم (شبه فلز ) - في الحقل الأصفر. تُعدّ هذه المعادن نادرة في القشرة الأرضية نظرًا لذوبانها في الحديد ، وبالتالي تركزها في لب الأرض. يُعتبر التيلوريوم العنصر الأكثر استنزافًا في الأرض السيليكاتية مقارنةً بوفرته الكونية، لأنه بالإضافة إلى تركزه على شكل كالكوجينيدات كثيفة في اللب، فقد استُنزف بشدة بفعل الفرز قبل التراكم في السديم على شكل تيلوريد الهيدروجين المتطاير . [ 19 ]

توجد فجوتان في التسلسل الهرمي للعناصر غير المستقرة، وهما التكنيتيوم (العدد الذري 43) والبروميثيوم (العدد الذري 61). تحيط بهذين العنصرين عناصر مستقرة، إلا أن نظائرهما الأكثر استقرارًا تتميز بعمر نصف قصير نسبيًا (حوالي 4 ملايين سنة و18 سنة على التوالي). ولذلك، فهي نادرة للغاية، نظرًا لتحلل أي كميات بدائية منها منذ زمن بعيد. يُنتج هذان العنصران الآن بشكل طبيعي فقط من خلال الانشطار التلقائي لعناصر مشعة ثقيلة جدًا (مثل اليورانيوم ، والثوريوم ، أو الكميات الضئيلة من البلوتونيوم الموجودة في خامات اليورانيوم)، أو من خلال تفاعل عناصر أخرى معينة مع الأشعة الكونية . وقد تم رصد كل من التكنيتيوم والبروميثيوم طيفيًا في أغلفة النجوم الجوية، حيث يُنتجان من خلال عمليات التخليق النووي المستمرة.

توجد أيضًا فواصل في الرسم البياني للوفرة حيث ستكون الغازات النبيلة الستة ، لأنها غير مرتبطة كيميائيًا بقشرة الأرض، وبالتالي فإن وفرتها القشرية غير محددة جيدًا.

لم يتم تضمين العناصر الثمانية النادرة للغاية والمشعة للغاية الموجودة بشكل طبيعي ( البولونيوم ، والأستاتين ، والفرانسيوم ، والراديوم ، والأكتينيوم ، والبروتكتينيوم ، والنبتونيوم ، والبلوتونيوم )، لأن أيًا من هذه العناصر التي كانت موجودة عند تكوين الأرض قد تحللت منذ دهور، وكميتها اليوم ضئيلة ولا تنتج إلا من التحلل الإشعاعي لليورانيوم والثوريوم.

يُعدّ الأكسجين والسيليكون أكثر العناصر شيوعًا في القشرة الأرضية. وعلى الأرض والكواكب الصخرية عمومًا، يفوق وجودهما وفرتهما في الكون بكثير. والسبب في ذلك هو اتحادهما معًا لتكوين معادن السيليكات . [ 19 ] أما العناصر الأخرى الشائعة في الكون ، مثل الهيدروجين والكربون والنيتروجين ، فتُشكّل مركبات متطايرة كالأمونيا والميثان ، التي تتبخر بسهولة في الفضاء بفعل حرارة تكوين الكواكب و / أو ضوء الشمس.

العناصر الأرضية النادرة

يُعدّ مصطلح "العناصر الأرضية النادرة" تسميةً تاريخيةً خاطئة. ويعكس استمرار استخدام هذا المصطلح عدم الإلمام به أكثر من ندرته الحقيقية. وتتركز العناصر الأرضية النادرة الأكثر وفرةً في القشرة الأرضية بنفس تركيز المعادن الصناعية الشائعة مثل الكروم والنيكل والنحاس والزنك والموليبدينوم والقصدير والتنغستن والرصاص. أما العنصران الأرضيان النادران المستقران الأقل وفرةً ( الثوليوم واللوتيتيوم ) فهما أكثر شيوعًا من الذهب بنحو 200 ضعف. ومع ذلك، وعلى عكس المعادن الأساسية والثمينة العادية، فإن العناصر الأرضية النادرة لا تميل إلى التمركز في رواسب خام قابلة للاستغلال. ونتيجةً لذلك، فإن معظم إمدادات العالم من العناصر الأرضية النادرة تأتي من عدد قليل من المصادر. علاوةً على ذلك، تتشابه المعادن الأرضية النادرة كيميائيًا إلى حد كبير، مما يجعل فصلها إلى كميات من العناصر النقية أمرًا بالغ الصعوبة.

تمثل الاختلافات في وفرة عناصر الأرض النادرة في القشرة القارية العليا للأرض تراكبًا لتأثيرين، أحدهما نووي والآخر جيولوجي كيميائي. أولًا، تتميز عناصر الأرض النادرة ذات الأعداد الذرية الزوجية (مثل 58 Ce، 60 Nd، ...) بوفرة كونية وأرضية أكبر من عناصر الأرض النادرة المجاورة ذات الأعداد الذرية الفردية (مثل 57 La، 59 Pr، ...). ثانيًا، تكون عناصر الأرض النادرة الأخف وزنًا أقل توافقًا (نظرًا لكبر نصف قطرها الأيوني)، وبالتالي تتركز بشكل أكبر في القشرة القارية مقارنةً بعناصر الأرض النادرة الأثقل وزنًا. في معظم رواسب خامات الأرض النادرة، تشكل العناصر الأربعة الأولى - اللانثانوم ، والسيريوم ، والبراسيوديميوم ، والنيوديميوم - ما بين 80% و99% من إجمالي كمية معدن الأرض النادرة الموجودة في الخام.

عباءة

تبلغ وفرة العناصر السبعة الأكثر وفرة في وشاح الأرض تقريبًا ما يلي: الأكسجين 44.3%، المغنيسيوم 22.3%، السيليكون 21.3%، الحديد 6.32%، الكالسيوم 2.48%، الألومنيوم 2.29%، النيكل 0.19%. [ 20 ]

جوهر

بسبب الانفصال الكتلي ، يُعتقد أن لب الأرض يتكون في المقام الأول من الحديد (88.8%)، مع كميات أقل من النيكل (5.8%) والكبريت (4.5%)، وأقل من 1% من العناصر النزرة. [ 6 ]

محيط

أكثر العناصر وفرة في المحيط من حيث نسبة الكتلة هي الأكسجين (85.84٪)، والهيدروجين (10.82٪)، والكلور (1.94٪)، والصوديوم (1.08٪)، والمغنيسيوم (0.13٪)، والكبريت (0.09٪)، والكالسيوم (0.04٪)، والبوتاسيوم (0.04٪)، والبروم (0.007٪)، والكربون (0.003٪)، والبورون (0.0004٪).

أَجواء

يُرتب العنصران في الغلاف الجوي حسب النسبة الحجمية (التي تُقارب النسبة المولية الجزيئية) كالتالي: النيتروجين (78.1%)، الأكسجين (20.9%)، [ 21 ] الأرجون (0.96%)، يليهما (بترتيب غير مؤكد) الكربون والهيدروجين، نظرًا لأن بخار الماء وثاني أكسيد الكربون، اللذين يُمثلان معظم هذين العنصرين في الهواء، مُكونان مُتغيران. أما الكبريت والفوسفور وجميع العناصر الأخرى فتوجد بنسب أقل بكثير.

بحسب الرسم البياني لمنحنى الوفرة، فإن الأرجون، وهو عنصر هام إن لم يكن العنصر الرئيسي في الغلاف الجوي، لا يظهر في القشرة الأرضية إطلاقاً. ويعود ذلك إلى أن كتلة الغلاف الجوي أقل بكثير من كتلة القشرة الأرضية، لذا فإن الأرجون المتبقي في القشرة لا يُسهم إلا بنسبة ضئيلة في نسبة الكتلة هناك، بينما في الوقت نفسه، أصبح تراكم الأرجون في الغلاف الجوي كبيراً بما يكفي ليُصبح ذا أهمية.

التربة الحضرية

جسم الإنسان

أجزاء في المليون مكعب من الوفرة النسبية بالكتلة للعناصر في جسم الإنسان البالغ العادي وصولاً إلى 1 جزء في المليون

تتكون خلايا الإنسان، من حيث الكتلة، من 65-90% ماء (H₂O ) ، ويشكل جزء كبير من المتبقي جزيئات عضوية تحتوي على الكربون. ولذلك، يُساهم الأكسجين بمعظم كتلة جسم الإنسان، يليه الكربون. يتكون ما يقرب من 99% من كتلة جسم الإنسان من ستة عناصر: الهيدروجين (H)، والكربون (C)، والنيتروجين (N)، والأكسجين (O)، والكالسيوم (Ca)، والفوسفور (P). [ 22 ] أما النسبة المتبقية البالغة 0.75% فتتكون من العناصر الخمسة التالية: البوتاسيوم (K)، والكبريت (S)، والكلور (Cl)، والصوديوم (Na)، والمغنيسيوم (Mg). من المعروف على وجه اليقين أن 17 عنصرًا فقط ضرورية لحياة الإنسان، مع وجود عنصر إضافي (الفلور) يُعتقد أنه مفيد لتقوية مينا الأسنان. قد تلعب بعض العناصر النزرة الأخرى دورًا في صحة الثدييات. يُعد البورون والسيليكون ضروريين بشكل خاص للنباتات، لكن دورهما في الحيوانات غير مؤكد . على الرغم من شيوع عنصري الألومنيوم والسيليكون في قشرة الأرض، إلا أنهما نادران بشكل ملحوظ في جسم الإنسان. [ 23 ]

فيما يلي جدول دوري يسلط الضوء على العناصر الغذائية. [ 24 ]

العناصر الأساسية [ 25 ] [ 26 ] [ 22 ]
  • v
  • ت
  • هـ
ح هو
لييكون بجشمالياFني
ناالمغنيسيوم النعمPSClأر
ككاليفورنياالعلومتيVCrالمنغنيزFeشركةنيالنحاسالزنكجاجيمثلسيبركر
RbالأبYزركونيومملاحظةشهرTcروRhPdالزراعةقرص مضغوطفيسنSbتيأنازين
جبا*لوHfتادبليويكررنظام التشغيلإيرنقطةأسترالياالزئبقتي إلالرصاصثنائي الجنسبوفيممرضة مسجلة
الأبرع**اليسارالترددات الراديويةقاعدة البياناتسنغافورةبهHsجبلدي إسRgسننيو هامبشايرفلوريدامكالمستوىتسأوغ
 
 *لاسيبرواختصار الثانيمساءًصغيرالاتحاد الأوروبياللهالسلديهوإيه™Yb
 **أذبايوNpبوأكونسمكتابانظرإسإف إمماريلاندلا
أسطورة:
  العناصر العضوية الأساسية الستة
  عناصر الكمية
  العناصر النزرة الأساسية
  أهمية الوظيفة أو أهميتها في الثدييات أمرٌ محل نقاش
  لا يوجد دليل على وجود تأثير بيولوجي في الثدييات، ولكنه ضروري أو مفيد في بعض الكائنات الحية.

في حالة اللانثانيدات ، لا ينطبق تعريف العنصر الغذائي الأساسي بأنه لا غنى عنه ولا يمكن استبداله تمامًا نظرًا لتشابهها الكيميائي الشديد. من المعروف أن اللانثانيدات المبكرة المستقرة (La-Nd) تحفز نمو العديد من الكائنات الحية التي تستخدم اللانثانيدات، بينما تُظهر اللانثانيدات (Sm-Gd) تأثيرات أقل على بعض هذه الكائنات. أما العناصر اللاحقة في سلسلة اللانثانيدات، فلا يبدو أن لها مثل هذه التأثيرات. [ 27 ]

انظر أيضاً

مراجع

الحواشي

  1. ^ ن. جريفيسي. ايه جيه سوفا (2005). “وفرة الطاقة الشمسية”. في P. موردين (محرر). موسوعة علم الفلك والفيزياء الفلكية (PDF) . IOP للنشر. رقم ISBN 0333750888تم الاطلاع عليه بتاريخ 18-11-2024 – عبر astro.uni-tuebingen.de.
  2. ↑ "IUPAC - الكسر الكتلي (M03722)" . goldbook.iupac.org . الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC). doi : 10.1351/goldbook.M03722 . تاريخ الاسترجاع: 29-05-2024 .
  3. 1 2 كروسويل، كين (فبراير 1996). كيمياء السماوات . أنكور. ISBN 0-385-47214-5تمت أرشفة النسخة الأصلية بتاريخ 13-05-2011 .
  4. 1 2 فانجيوني-فلام، إليزابيث؛ كاسيه، ميشيل (2012). سبايت، مونيك (محررة). تطور المجرات: ربط الكون البعيد بالسجل الأحفوري المحلي . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا . ص 77-86 . ISBN  978-9401142137.
  5. ↑ تريمبل، فيرجينيا (1996). "أصل وتطور العناصر الكيميائية". في مالكان، ماثيو أ.؛ زوكرمان، بن (محرران). أصل وتطور الكون . سودبري، ماساتشوستس: جونز وبارتليت للنشر . ص 101. ISBN  0-7637-0030-4.
  6. 1 2 3 4 أرنيت، ديفيد (1996). المستعرات العظمى وتخليق العناصر ( الطبعة الأولى). برينستون، نيوجيرسي: مطبعة جامعة برينستون . ص 11. ISBN   0-691-01147-8. OCLC 33162440 . 
  7. ↑ سويس، هانز؛ أوري، هارولد (1956). "وفرة العناصر". مراجعات الفيزياء الحديثة . 28 (1): 53. Bibcode : 1956RvMP...28...53S . doi : 10.1103/RevModPhys.28.53 .
  8. ↑ كاميرون، أ.ج.و. (1973). "وفرة العناصر في النظام الشمسي". مراجعات علوم الفضاء . 15 (1): 121. Bibcode : 1973SSRv...15..121C . doi : 10.1007/BF00172440 . S2CID 120201972 . 
  9. ^ أندرس، إي. إبيهارا، م. (1982). “وفرة النظام الشمسي للعناصر”. Geochimica et Cosmochimica Acta . 46 (11): 2363. بيب كود : 1982GeCoA..46.2363A . دوى : 10.1016/0016-7037(82)90208-3 .
  10. ↑ بيل، جيري أ.؛ فريق التحرير/الكتابة في جين كيم (2005). "الفصل 3: أصل الذرات". الكيمياء: مشروع للجمعية الكيميائية الأمريكية . نيويورك [ua]: فريمان. ص 191-193 . ISBN  978-0-7167-3126-9. العلاقات بين الوفرة وطاقة الربط النووي [عنوان القسم الفرعي]
  11. ↑ بيلي، ديفيد. "صيغة الكتلة النووية شبه التجريبية" . PHY357: الأوتار وطاقة الربط . جامعة تورنتو . مؤرشف من الأصل بتاريخ 24 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 31 مارس 2011 .
  12. ↑ أسبلوند، م.؛ أمارسي، أ.م.؛ غريفيس، ن. (2021-09-01). "التركيب الكيميائي للشمس: رؤية 2020" . علم الفلك والفيزياء الفلكية . 653 : A141. arXiv : 2105.01661 . Bibcode : 2021A & A...653A.141A . doi : 10.1051/0004-6361/202140445 . ISSN 0004-6361 . 
  13. ↑ ألترمان، بنجامين ل.؛ كاسبر، جاستن س.؛ ليمون، روبرت ج.؛ ماكنتوش، سكوت و. (أبريل 2021). "وفرة الهيليوم في الرياح الشمسية تنذر ببدء الدورة الشمسية". الفيزياء الشمسية . 296 (4): 67. arXiv : 2006.04669 . Bibcode : 2021SoPh..296...67A . doi : 10.1007/s11207-021-01801-9 . S2CID 233738140 . 
  14. ↑ بيترو، أ. ج. م.؛ هوب، ر.؛ بيرغمان، م.؛ كالف، ف. (2023). "وفرة الأكسجين الشمسي باستخدام رصد خط OI 7772 Å من مركز إلى حافة الشمس بواسطة SST/CRISP". علم الفلك والفيزياء الفلكية . 672 (4): L6. arXiv : 2304.01048 . Bibcode : 2023A & A...672L...6P . doi : 10.1051/0004-6361/202346387 . S2CID 257912497 . 
  15. ↑ "نسب الوفرة والتطور الكيميائي للمجرة - أندرو ماكويليام" . ned.ipac.caltech.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 مايو 2024 .
  16. ↑ مورغان، جيه دبليو؛ أندرس، إي. (1980). "التركيب الكيميائي للأرض والزهرة وعطارد" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 77 (12): 6973-6977 . Bibcode : 1980PNAS...77.6973M . doi : 10.1073 / pnas.77.12.6973 . PMC 350422. PMID 16592930 .  
  17. ↑ هيروسي، كي؛ وود، برنارد؛ فوتشادلو، ليدونكا (24 أغسطس/آب 2021). "العناصر الخفيفة في لب الأرض" . مجلة نيتشر ريفيوز إيرث آند إنفايرومنت . 2 (9): 645-658 . doi : 10.1038/s43017-021-00203-6 . ISSN 2662-138X . 
  18. 1 2 ويليام ف. ماكدونو تكوين الأرض . quake.mit.edu، مؤرشف بواسطة أرشيف الإنترنت Wayback Machine.
  19. 1 2 3 أندرسون، دون ل. "التركيب الكيميائي للغلاف"، في نظرية الأرض ، ص 147-175 ISBN 0865421234
  20. ↑ وانغ، هاييانغ س.؛ لينويفر، تشارلز هـ.؛ أيرلندا، تريفور ر. (2018-01-01). "وفرة العناصر (مع هامش الخطأ) في أكثر الكواكب شبهاً بالأرض". إيكاروس . 299 : 460-474 . arXiv : 1708.08718 . Bibcode : 2018Icar..299..460W . doi : 10.1016/j.icarus.2017.08.024 . hdl : 1885/139094 . ISSN 0019-1035 . S2CID 119434532 .  
  21. ↑ زيمر، كارل (3 أكتوبر 2013). "أكسجين الأرض: لغز يسهل اعتباره أمراً مسلماً به" . صحيفة نيويورك تايمز . مؤرشف من الأصل في 3 أكتوبر 2013. تم الاطلاع عليه في 3 أكتوبر 2013 .
  22. ريميك ، كالي ؛ هيلمان، جون د. (30 يناير 2023). "عناصر الحياة: جولة بيولوجية مركزية في الجدول الدوري" . التقدم في علم وظائف الأعضاء الميكروبية . 82 : 1-127 . doi : 10.1016/bs.ampbs.2022.11.001 . ISBN 978-0-443-19334-7. PMC 10727122 . PMID 36948652 .  
  23. ↑ بيانات الجدول مأخوذة من تشانغ، ريموند (2007). الكيمياء ( الطبعة التاسعة). ماكجرو هيل . ص 52. ISBN   978-0-07-110595-8.
  24. ↑ نيلسن، فورست هـ. (1999). "المعادن النادرة للغاية". في: موريس إي. شيلز؛ جيمس أ. أولسن؛ موشيه شاين؛ أ. كاثرين روس (محررون). التغذية الحديثة في الصحة والمرض . بالتيمور: ليبينكوت ويليامز وويلكنز. ص 283-303 . hdl : 10113/46493 . ISBN  978-0683307696.
  25. ↑ نيلسن، فورست هـ. (1999). "المعادن النادرة للغاية". في: موريس إي. شيلز؛ جيمس أ. أولسن؛ موشيه شاين؛ أ. كاثرين روس (محررون). التغذية الحديثة في الصحة والمرض . بالتيمور: ليبينكوت ويليامز وويلكنز. ص 283-303 . hdl : 10113/46493 . ISBN  978-0683307696.
  26. ^ زورودو، ماريا أنطونيتا؛ آسيث، يناير؛ كريسبوني، جويدو؛ ميديشي، سيرينيلا؛ بينا، ماسيميليانو؛ نورشي، فاليريا مارينا (2019). “المعادن الأساسية للبشر: لمحة موجزة”. مجلة الكيمياء الحيوية غير العضوية . 195 : 120– 129. دوى : 10.1016/j.jinorgbio.2019.03.013 . بميد 30939379 . 
  27. ↑ داومان، لينا ج. (25 أبريل 2019). "أساسي ومنتشر: ظهور الكيمياء الحيوية المعدنية لللانثانيدات" . Angewandte Chemie International Edition . doi : 10.1002/anie.201904090 . تاريخ الاسترجاع: 15 يونيو 2019 .

ملحوظات

الرموز

  • "العناصر الأرضية النادرة - موارد حيوية للتكنولوجيا المتقدمة | صحيفة حقائق هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية 087-02" . geopubs.wr.usgs.gov . مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 فبراير 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 ديسمبر 2003 .
  • "تخيل الكون! قاموس" . 3 ديسمبر 2003. مؤرشف من الأصل في 3 ديسمبر 2003.
  • قائمة العناصر مرتبة حسب وفرتها في قشرة الأرض (صحيح فقط بالنسبة لأكثر عشرين عنصرًا شيوعًا)
  • الوفرة الكونية للعناصر والتخليق النووي
  • موقع WebElements.com يقدم قوائم بوفرة العناصر في الكون، والشمس، والنيازك، والأرض، والمحيطات، ومياه الجداول، وما إلى ذلك.