Fülle an chemischen Elementen

Bildbeschreibung: Relative Häufigkeit chemischer Elemente im Universum, basierend auf numerischen Daten von AGW Cameron.Zist die Ordnungszahl des Elements. Die Häufigkeit der Elemente nimmt exponentiell mit der Ordnungszahl (Z) ab. Ausnahmen sind Lithium, Beryllium und Bor, die trotz ihrer niedrigen Ordnungszahl eine Erschöpfung aufweisen. In der Nähe von Eisen (Fe) gibt es einen ausgeprägten Höhepunkt der Häufigkeit. Gerade Zs kommen häufiger vor als ihre ungeraden Nachbarn. Bildquelle: Public Domain.

Häufigkeit und Massenverhältnis

Heute wissen wir ungefähr, wie viele chemische Elemente im Universum vorkommen. Dieser Wert misst die Häufigkeit oder Seltenheit der Elemente.

Unter Häufigkeit versteht man das Massenverhältnis oder Verhältnis der in einer bestimmten Umgebung vorhandenen Moleküle im Verhältnis zu anderen Elementen. Bei den meisten ausgedrückten Häufigkeiten handelt es sich um Massenverhältnisse. Beispielsweise beträgt die Massenhäufigkeit von Sauerstoff in Wasser etwa 89 %, was dem Anteil der Wassermasse entspricht, der aus Sauerstoff besteht.

Im beobachtbaren Universum beträgt die Massenhäufigkeit von Wasserstoff 74 %. Himmelsscans des WMAP-Satelliten zeigen, dass das Universum zu 73 % aus dunkler Energie, zu 23 % aus kalter dunkler Materie und nur 4 % aus Atomen (chemischen Elementen) besteht.

Die Elemente bilden die übliche baryonische Materie aus Protonen, Neutronen und Elektronen, obwohl Materie in bestimmten Regionen des Universums, wie z. B. Neutronensternen, manchmal in Form von Ionen vorliegt.

Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum, gefolgt von Helium, Sauerstoff, Kohlenstoff, Neon, Stickstoff, Magnesium usw. Die Häufigkeit von Wasserstoff und Helium, also den leichtesten Elementen (Ordnungszahl 1 und 2), dominiert die anderen, im Vergleich dazu seltenen Elemente.

Wasserstoff und Helium wurden sehr bald nach dem Urknall während der Urnukleosynthese erzeugt. Alle anderen (schwereren) Elemente entstanden erst viel später in Sternen während der Sternnukleosynthese. Obwohl Wasserstoff und Helium ≈92 bzw. ≈7 % der gesamten baryonischen Materie im Universum ausmachen, stellen die anderen Elemente, also das verbleibende 1 %, beträchtliche Massen dar, die die Entstehung von Leben ermöglichten.

Die Häufigkeit der Elemente nimmt exponentiell mit der Ordnungszahl (Z) ab. Ausnahmen sind Lithium, Beryllium und Bor, die trotz ihrer niedrigen Ordnungszahl eine Erschöpfung aufweisen. In der Nähe von Eisen (Fe) gibt es einen ausgeprägten Höhepunkt der Häufigkeit. Die geraden Zs kommen häufiger vor als ihre ungeraden Nachbarn, was zu diesem Sägezahneffekt auf der Kurve führt (gerade-ungerade-Effekt).

Der primitive Sonnennebel

Im primitiven Sonnennebel machen Wasserstoff (H) und Helium (He) zahlenmäßig 99,8 % der insgesamt vorhandenen Elemente aus. In den restlichen 0,2 % finden wir (nach H und He) Sauerstoff, Kohlenstoff, Neon, Stickstoff, Silizium, Magnesium, Schwefel, Argon, Eisen, Natrium, Chlor, Aluminium, Kalzium usw.

Als die rotierende Urwolke abkühlte, begannen die Elemente zu kondensieren. Den Übergang von einem Aggregatzustand in einen anderen nennt man Zustandsänderung.

Wenn Materie kondensiert, ändert sie ihren Zustand, sie geht direkt vom gasförmigen Zustand in den festen Zustand über, ohne den flüssigen Zustand zu durchlaufen, das nennen wir in der Thermodynamik denKondensation.

Diese Änderung erfolgt unter der Wirkung einer Änderung des Volumens, der Temperatur und/oder des Drucks. So finden wir in der Nähe des Zentrums des Nebels feuerfeste Materialien, die eine gute Hitzebeständigkeit aufweisen, wie Metalle und Steine.

Weiter entfernt finden wir flüchtige Materialien wie Wassereis (H2O).

Noch weiter entfernt werden sich Moleküle aus Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoff (N2) und Eis befinden. So bilden sich in der Nähe des Sterns terrestrische und gasförmige Planeten „mit festem Kern“. Diejenigen, die einen sehr massiven Kern haben (zwei- bis viermal so groß wie die Masse der Erde), haben das ursprüngliche Gas des Nebels behalten, das sind die Gasriesen.

Tabellen der relativen Häufigkeit chemischer Elemente

Tabellen der relativen Häufigkeit chemischer Elemente im Universum, der Sonne und der Erde, die %-Angaben sind Näherungswerte. Unser Körper besteht zu 99 % aus CHON (Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff).