Σύνθεση του Σύμπαντος – Αφθονία Στοιχείων
Υπάρχουν δύο τρόποι έκφρασης της σύνθεσης του σύμπαντος από την άποψη της αφθονίας των στοιχείων. Το πρώτο είναι η αφθονία των ατόμων κάθε στοιχείου, ενώ το δεύτερο είναι το ποσοστό μάζας κάθε στοιχείου. Αυτές οι δύο μέθοδοι δίνουν πολύ διαφορετικές τιμές. Για παράδειγμα, το ποσοστό των ατόμων στο νερό (H2 O) που είναι υδρογόνο και οξυγόνο είναι 66,6% Η και 33,3% Ο, ενώ το ποσοστό μάζας είναι 11% Η και 89% Ο.
Το πιο άφθονο στοιχείο στο Σύμπαν
Το υδρογόνο είναι μακράν το πιο άφθονο στοιχείο, αντιπροσωπεύοντας περίπου το 92% των ατόμων στο σύμπαν. Το επόμενο πιο άφθονο στοιχείο είναι το ήλιο, που αντιπροσωπεύει το 7,1% των ατόμων του σύμπαντος. Γενικά, το σύμπαν περιέχει περισσότερα άτομα στοιχείων με ελαφρύτερες ατομικές μάζες από άτομα βαρύτερων στοιχείων.
Σύνθεση του Σύμπαντος – Άτομα Στοιχείων
Όσον αφορά τον αριθμό των ατόμων, εδώ είναι τα 10 πιο άφθονα στοιχεία στο σύμπαν:
| Ατομικός αριθμός | Σύμβολο | Στοιχείο | Ποσοστό ατόμων στο Σύμπαν |
|---|---|---|---|
| 1 | H | Υδρογόνο | 92% |
| 2 | Αυτός | Ήλιο | 7,1% |
| 8 | O | Οξυγόνο | 0,1% |
| 6 | Γ | Άνθρακας | 0,06% |
| 10 | Μ | Άζωτο | 0,015% |
| 7 | Όχι | Νέον | 0,012% |
| 14 | Si | Πυρίτιο | 0,005% |
| 12 | Mg | Μαγνήσιο | 0,005% |
| 26 | Φε | Σίδερο | 0,004% |
| 16 | S | Θείο | 0,002% |
Με άλλα λόγια, αυτά τα δέκα στοιχεία αντιπροσωπεύουν περίπου το 99,3% όλων των ατόμων στο σύμπαν.
Πίνακας Αφθονίας Στοιχείων του Σύμπαντος – Ποσοστό μάζας
Συνηθέστερα, ένας πίνακας αφθονίας περιγράφει στοιχεία ως ποσοστό μάζας.
Ο συνδυασμός όσων γνωρίζουμε για τη σύνθεση του Γαλαξία με αυτό που βλέπουμε σε άλλους γαλαξίες μας δίνει μια εκτίμηση της αφθονίας των στοιχείων του σύμπαντος. Τα 83 πιο άφθονα στοιχεία έχουν όλα τουλάχιστον ένα σταθερό ισότοπο. Στη συνέχεια, υπάρχουν ραδιενεργά στοιχεία που υπάρχουν στη φύση, αλλά εμφανίζονται μόνο σε ίχνη λόγω της ραδιενεργής διάσπασης. Τα υπερβαριά στοιχεία συντίθενται μόνο σε εργαστήρια.
| Ατομικός αριθμός | Σύμβολο | Όνομα | Σχετικό Αφθονία | Αφθονία στο Σύμπαν (κατά ποσοστό μάζας) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | H | Υδρογόνο | 1 | 75 |
| 2 | Αυτός | Ήλιο | 2 | 23 |
| 8 | O | Οξυγόνο | 3 | 1 |
| 6 | Γ | Άνθρακας | 4 | 0,5 |
| 10 | Δεν | Νέον | 5 | 0.13 |
| 26 | Φε | Σίδερο | 6 | 0.11 |
| 7 | Δ | Άζωτο | 7 | 0.10 |
| 14 | Si | Πυρίτιο | 8 | 0.07 |
| 12 | Mg | Μαγνήσιο | 9 | 0.06 |
| 16 | S | Θείο | 10 | 0.05 |
| 18 | Αρ | Αργόν | 11 | 0.02 |
| 20 | Περίπου | Ασβέστιο | 12 | 0.007 |
| 28 | Ni | νικέλιο | 13 | 0.006 |
| 13 | Al | Αλουμίνιο | 14 | 0.005 |
| 11 | Όχι | Νάτριο | 15 | 0.002 |
| 24 | Cr | Chromium | 16 | 0.015 |
| 25 | Mn | Μαγγάνιο | 17 | 8×10 |
| 15 | P | Φώσφορος | 18 | 7×10 |
| 19 | Κ | Κάλιο | 19 | 3×10 |
| 22 | Τι | Τιτάνιο | 20 | 3×10 |
| 27 | Συν | Κοβάλτιο | 21 | 3×10 |
| 17 | Cl | Χλώριο | 22 | 1×10 |
| 23 | V | Βανάδιο | 23 | 1×10 |
| 9 | F | Φθόριο | 24 | 4×10 |
| 30 | Zn | Ψευδάργυρος | 25 | 3×10 |
| 32 | Ge | Γερμανία | 26 | 2×10 |
| 29 | Cu | Χαλκός | 27 | 6×10 |
| 40 | Zr | Ζιρκόνιο | 28 | 5×10 |
| 36 | Κρ | Krypton | 29 | 4×10 |
| 38 | Sr | Στρόντιο | 30 | 4×10 |
| 21 | Sc | Scandium | 31 | 3×10 |
| 34 | Δείτε | Σελήνιο | 32 | 3×10 |
| 31 | Ga | Γάλλιο | 33 | 1×10 |
| 37 | Rb | Ρουβίδιο | 34 | 1×10 |
| 54 | Xe | Xenon | 35 | 1×10 |
| 56 | Ba | Βάριο | 36 | 1×10 |
| 58 | Ε | Cerium | 37 | 1×10 |
| 60 | Δ | Νεοδύμιο | 38 | 1×10 |
| 82 | Pb | Επικεφαλής | 39 | 1×10 |
| 52 | Te | Τελλούριο | 40 | 9×10 |
| 33 | Όπως | Αρσενικό | 41 | 8×10 |
| 35 | Br | Βρώμιο | 42 | 7×10 |
| 39 | Ν | Ύττριο | 43 | 7×10 |
| 3 | Li | Λίθιο | 44 | 6×10 |
| 42 | Mo | Μολυβδαίνιο | 45 | 5×10 |
| 62 | Sm | Σαμάριο | 46 | 5×10 |
| 78 | Pt | Πλατινένιο | 47 | 5×10 |
| 44 | Ru | Ρουθήνιο | 48 | 4×10 |
| 50 | Sn | Tin | 49 | 4×10 |
| 76 | Λειτουργικά συστήματα | Όσμιο | 50 | 3×10 |
| 41 | Σημ. | Νιόβιο | 51 | 2×10 |
| 46 | Pd | Παλλάδιο | 52 | 2×10 |
| 48 | Cd | Κάδμιο | 53 | 2×10 |
| 57 | La | Λάνθανο | 54 | 2×10 |
| 59 | Pr | Πρασεοδύμιο | 55 | 2×10 |
| 64 | Gd | Γαδολίνιο | 56 | 2×10 |
| 66 | Dy | Δυσπρόσιο | 57 | 2×10 |
| 68 | Ε | Erbium | 58 | 2×10 |
| 70 | Yb | Υτέρβιο | 59 | 2×10 |
| 77 | Ir | Ιρίδιο | 60 | 2×10 |
| 4 | Be | Βηρύλλιο | 61 | 1×10 |
| 5 | Β | Βόριο | 62 | 1×10 |
| 53 | I | Ιώδιο | 63 | 1×10 |
| 80 | Hg | Ερμής | 64 | 1×10 |
| 55 | Cs | Κήσιο | 65 | 8×10 |
| 72 | Hf | Hafnium | 66 | 7×10 |
| 83 | Bi | Βισμούθιο | 67 | 7×10 |
| 45 | Rh | Ρόδιο | 68 | 6×10 |
| 47 | Αγ | Ασημί | 69 | 6×10 |
| 79 | Au | Χρυσός | 70 | 6×10 |
| 63 | Ευ | Ευρώπη | 71 | 5×10 |
| 65 | Tb | Τέρβιο | 72 | 5×10 |
| 67 | Ho | Χόλμιο | 73 | 5×10 |
| 74 | W | Βολφράμιο | 74 | 5×10 |
| 81 | Tl | Θάλλιο | 75 | 5×10 |
| 51 | Sb | Αντιμόνιο | 76 | 4×10 |
| 90 | Θ | Θόριο | 77 | 4×10 |
| 49 | Σε | Ινδίου | 78 | 3×10 |
| 75 | Re | Ρήνιο | 79 | 2×10 |
| 92 | U | Ουράνιο | 80 | 2×10 |
| 69 | Tm | Θούλιο | 81 | 1×10 |
| 71 | Lu | Λουτέτιο | 82 | 1×10 |
| 73 | Τα | Τάνταλο | 83 | 8×10 |
| 89 | Ac | Ακτίνιο | – | ίχνος (ραδιενεργό) |
| 85 | Σε | Αστατίνη | – | ίχνος (ραδιενεργό) |
| 87 | Fr | Φράγκιο | – | ίχνος (ραδιενεργό) |
| 93 | Np | Ποσειδώνιο | – | ίχνος (ραδιενεργό) |
| 94 | Pu | Πλουτώνιο | – | ίχνος (ραδιενεργό) |
| 84 | Po | Πολώνιο | – | ίχνος (ραδιενεργό) |
| 61 | ΜΜ | Προμέθιο | – | ίχνος (ραδιενεργό) |
| 91 | Περί | Protactinium | – | ίχνος (ραδιενεργό) |
| 88 | Ra | Ράδιο | – | ίχνος (ραδιενεργό) |
| 86 | Rn | Ραδόνιο | – | ίχνος (ραδιενεργό) |
| 43 | Tc | Τεχνήτιο | – | ίχνος (ραδιενεργό) |
| 95 | Π.μ. | Αμερική | – | 0 (συνθετικό) |
| 96 | cm | Κούριο | – | 0 (συνθετικό) |
| 97 | Bk | Βερκέλιο | – | 0 (συνθετικό) |
| 98 | Cf | Καλιφόρνιο | – | 0 (συνθετικό) |
| 99 | Α | Αϊνστάιν | – | 0 (συνθετικό) |
| 100 | Fm | Fermium | – | 0 (συνθετικό) |
| 101 | Md | Mendelevium | – | 0 (συνθετικό) |
| 102 | Όχι | Nobelium | – | 0 (συνθετικό) |
| 103 | Lr | Λαυρένιο | – | 0 (συνθετικό) |
| 104 | Rf | Rutherfordium | – | 0 (συνθετικό) |
| 105 | Db | Dubnium | – | 0 (συνθετικό) |
| 106 | Sg | Seaborgium | – | 0 (συνθετικό) |
| 107 | Bh | Βόριο | – | 0 (συνθετικό) |
| 108 | Υ | Χάσιο | – | 0 (συνθετικό) |
| 109 | Mt | Meitnerium | – | 0 (συνθετικό) |
| 110 | Δ | Darmstadtium | – | 0 (συνθετικό) |
| 111 | Rg | Roentgenium | – | 0 (συνθετικό) |
| 112 | Cn | Κοπερνίκιο | – | 0 (συνθετικό) |
| 113 | Nh | Νιχόνιο | – | 0 (συνθετικό) |
| 114 | Fl | Flerovium | – | 0 (συνθετικό) |
| 115 | Mc | Μοσκόβιο | – | 0 (συνθετικό) |
| 116 | Lv | Livermorium | – | 0 (συνθετικό) |
| 117 | Ts | Τενεσί | – | 0 (συνθετικό) |
| 118 | Og | Oganesson | – | 0 (συνθετικό) |
Τα στοιχεία με ζυγούς αριθμούς είναι πιο άφθονα
Σημειώστε ότι στοιχεία με ζυγό ατομικό αριθμό, όπως το ήλιο (2) και το οξυγόνο (8), είναι πιο άφθονα από τα περιττά στοιχεία και στις δύο πλευρές του στον περιοδικό πίνακα, όπως το λίθιο (3) και το άζωτο (7). Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται κανόνας Oddo-Harkins. Η πιο εύκολη εξήγηση για αυτό το μοτίβο είναι ότι πολλά στοιχεία σχηματίζονται μέσω της σύντηξης στα αστέρια χρησιμοποιώντας το ήλιο ως δομικό στοιχείο. Επίσης, ακόμη και ατομικοί αριθμοί οδηγούν σε σχηματισμό ζεύγους πρωτονίων στον ατομικό πυρήνα. Αυτή η ισοτιμία αυξάνει την ατομική σταθερότητα επειδή το σπιν ενός πρωτονίου αντισταθμίζει το αντίθετο σπιν του συντρόφου του.
Οι μεγάλες εξαιρέσεις στον κανόνα Oddo-Harkins είναι το υδρογόνο (1) και το βηρύλλιο (4). Το υδρογόνο είναι πολύ πιο άφθονο από τα άλλα στοιχεία επειδή σχηματίστηκε κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Έκρηξης. Καθώς το σύμπαν γερνάει, το υδρογόνο συντήκεται σε ήλιο. Τελικά, το ήλιο γίνεται πιο άφθονο από το υδρογόνο. Μια εξήγηση για τη χαμηλή αφθονία του βηρυλλίου είναι ότι έχει μόνο ένα σταθερό ισότοπο, επομένως μετατρέπεται σε άλλα στοιχεία μέσω της ραδιενεργής διάσπασης. Το βόριο (3) και το λίθιο (5) έχουν δύο σταθερά ισότοπα.
Πώς Γνωρίζουμε τη Σύνθεση του Σύμπαντος;
Υπάρχουν κάποιες εικασίες που εμπλέκονται στην εκτίμηση της σύνθεσης των στοιχείων του σύμπαντος. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν φασματοσκοπία για να μετρήσουν τις υπογραφές στοιχείων στοιχείων σε αστέρια και νεφελώματα. Έχουμε μια αρκετά καλή ιδέα για τη σύνθεση της Γης και των άλλων πλανητών στο ηλιακό σύστημα. Οι παρατηρήσεις μακρινών γαλαξιών είναι μια ματιά στο παρελθόν τους, επομένως οι ερευνητές συγκρίνουν αυτά τα δεδομένα με όσα γνωρίζουμε για τον Γαλαξία και τους κοντινούς γαλαξίες. Τελικά, η κατανόησή μας για τη σύνθεση του σύμπαντος προϋποθέτει ότι οι φυσικοί νόμοι και η σύνθεση είναι σταθερές και η κατανόησή μας για την πυρηνοσύνθεση (πώς παράγονται τα στοιχεία) είναι ακριβής. Έτσι, οι επιστήμονες γνωρίζουν ποια στοιχεία υπήρχαν στο παλαιότερο σύμπαν, ποια είναι τώρα και πώς η σύνθεση αλλάζει με την πάροδο του χρόνου.
Σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια
Τα στοιχεία αποτελούν μόνο περίπου το 4,6% της ενέργειας του σύμπαντος. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι περίπου το 68% του σύμπαντος αποτελείται από σκοτεινή ενέργεια και περίπου το 27% από σκοτεινή ύλη. Όμως, αυτές είναι μορφές ενέργειας και ύλης που δεν μπορέσαμε να παρατηρήσουμε και να μετρήσουμε άμεσα.
Αναφορές
- Arnett, David (1996). Supernovae και πυρηνοσύνθεση (1η έκδ.). Princeton, New Jersey:Princeton University Press. ISBN 0-691-01147-8.
- Cameron, A. G. W. (1973). «Αφθονία των στοιχείων στο ηλιακό σύστημα». Κριτικές Επιστήμης του Διαστήματος . 15 (1):121. doi:10.1007/BF00172440
- Suess, Hans; Urey, Harold (1956). «Αφθονίες των Στοιχείων». Κριτικές της σύγχρονης φυσικής . 28 (1):53. doi:10.1103/RevModPhys.28.53
- Trimble, Virginia (1996). «Η προέλευση και η εξέλιξη των χημικών στοιχείων». Στο Malkan, ο Matthew A.; Zuckerman, Ben (επιμ.). Η Προέλευση και η Εξέλιξη του Σύμπαντος . Sudbury, MA:Jones and Bartlett Publishers. ISBN 0-7637-0030-4.
- Vangioni-Flam, Elisabeth; Cassé, Michel (2012). Spite, Monique (επιμ.). Εξέλιξη Γαλαξία:Σύνδεση του Μακρινού Σύμπαντος με το τοπικό αρχείο απολιθωμάτων . Springer Science &Business Media. ISBN 978-9401142137.
