Elementhäufigkeit

Die Elementhäufigkeit unterscheidet sich je nach Bereich, den man betrachtet: Das im Universum mit Abstand häufigste Element, Wasserstoff, ist auf der Erde in elementarer Form praktisch nicht vorhanden, aber in vielen Verbindungen, allem voran Wasser.

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Die Häufigkeit im Weltall

Im Weltall dominieren Wasserstoff und Helium, die beide schon beim Urknall entstanden (primordiale Nukleosynthese ). Von 1000 Atomen im Universum sind 900 Wasserstoffatome, weitere 99 Atome sind Heliumatome. Nur ein Atom von 1000 ist also nicht Wasserstoff oder Helium. Lithium, Beryllium und Bor sind für ihre niedrige molare Masse selten, da auch sie ausschließlich durch den Urknall entstanden und nicht durch Kernfusion gebildet werden können.

Der überwiegende Teil der anderen Elemente ist in den Prozessen der stellarern Nukleosynthese. Markant ist die besondere Häufigkeit des Eisens. Eisenkerne sind besonders stabil und stellen den Endpunkt der möglichen Kernfusion in Sternen dar. Elemente schwerer als Eisen werden bei anderen astrophysikalischen Vorgängen gebildet. (Novae, Supernovae, und anderes)

Eine weitere Regel, nach dem US-amerikanischen Chemiker William Draper Harkins (1873–1951) als Harkinssche Regel benannt, besagt, dass Elemente mit ungerader Ordnungszahl (außer Wasserstoff) in einer geringeren Häufigkeit natürlich vorkommen als Elemente mit gerader Ordnungszahl. Dies liegt ebenfalls in der Kernfusion begründet, da die Entstehungsmechanismen meist über Helium-Kerne verlaufen. Vor allem die Elemente mit den magischen Zahlen 2 (Helium), 8 (Sauerstoff), 14 (Silicium) und 20 (Calcium) (erzeugt beim normalen Sonnenbrennen) sowie 28 (Nickel), 50 (Zinn) und 82 (Blei) (erzeugt bei Supernovae-Explosionen) kommen aus Stabilitätsgründen in der Natur häufiger vor als die anderen.

**relative Elementhäufigkeit im Universum in Anzahl Atomen (Si = 1 · 10⁶)**
Element	Symbol	Ordnungszahl	Masse (u)	Häufigkeit^[1]	Rang
Wasserstoff	H	1	1,008	3,18 · 10¹⁰	01
Helium	He	2	4,003	2,21 · 10⁹	02
Lithium	Li	3	6,941	49,5	30
Beryllium	Be	4	9,012	0,81	52
Bor	B	5	10,811	350	26
Kohlenstoff	C	6	12,011	1,18 · 10⁷	04
Stickstoff	N	7	14,007	3,74 · 10⁶	05
Sauerstoff	O	8	15,999	2,15 · 10⁷	03
Fluor	F	9	18,998	2450	22
Neon	Ne	10	20,180	3,44 · 10⁶	06
Natrium	Na	11	22,990	6,0 · 10⁴	14
Magnesium	Mg	12	24,305	1,061 · 10⁶	07
Aluminium	Al	13	26,982	8,5 · 10⁴	12
Silicium	Si	14	28,086	1,00 · 10⁶	08
Phosphor	P	15	30,974	9600	17
Schwefel	S	16	32,065	5,0 · 10⁵	10
Chlor	Cl	17	35,453	5700	19
Argon	Ar	18	39,948	1,172 · 10⁵	11
Kalium	K	19	39,098	4200	20
Calcium	Ca	20	40,078	7,21 · 10⁴	13
Scandium	Sc	21	44,956	35	33
Titan	Ti	22	47,867	2775	21
Vanadium	V	23	50,942	262	27
Chrom	Cr	24	51,996	1,27 · 10⁴	16
Mangan	Mn	25	54,938	9300	18
Eisen	Fe	26	55,845	8,3 · 10⁵	09
Cobalt	Co	27	58,933	2210	23
Nickel	Ni	28	58,693	4,80 · 10⁴	15
Kupfer	Cu	29	63,546	540	25
Zink	Zn	30	65,409	1244	24
Gallium	Ga	31	69,723	48	31
Germanium	Ge	32	72,640	115	28
Arsen	As	33	74,922	6,6	37
Selen	Se	34	78,960	67,2	29
Brom	Br	35	79,904	13,5	36
Krypton	Kr	36	83,798	46,8	32
Rubidium	Rb	37	85,468	5,88	39
Strontium	Sr	38	87,620	26,9	35
Yttrium	Y	39	88,906	4,8	41
Zirconium	Zr	40	91,224	28	34
Niob	Nb	41	92,906	1,4	47
Molybdän	Mo	42	95,940	4,0	43
Technetium	Tc	43	98,906	0	nicht natürlich
Ruthenium	Ru	44	101,070	1,9	45
Rhodium	Rh	45	102,906	0,4	58
Palladium	Pd	46	106,420	1,3	49
Silber	Ag	47	107,868	0,45	56
Cadmium	Cd	48	112,411	1,48	46
Indium	In	49	114,818	0,189	70
Zinn	Sn	50	118,710	3,6	44
Antimon	Sb	51	121,760	0,316	62
Tellur	Te	52	127,60	6,42	38
Iod	I	53	126,904	1,09	51
Xenon	Xe	54	131,293	5,38	40
Cäsium	Cs	55	132,905	0,387	60
Barium	Ba	56	137,327	4,8	41
Lanthan	La	57	138,906	0,445	57
Cer	Ce	58	140,116	1,18	50
Praseodym	Pr	59	140,908	0,149	72
Neodym	Nd	60	144,240	0,78	53
Promethium	Pm	61	146,915	0	nicht natürlich
Samarium	Sm	62	150,360	0,226	64
Europium	Eu	63	151,964	0,085	74
Gadolinium	Gd	64	157,250	0,297	63
Terbium	Tb	65	158,925	0,055	77
Dysprosium	Dy	66	162,500	0,36	61
Holmium	Ho	67	164,930	0,079	75
Erbium	Er	68	167,259	0,225	65
Thulium	Tm	69	168,934	0,034	80
Ytterbium	Yb	70	173,040	0,216	66
Lutetium	Lu	71	174,967	0,036	79
Hafnium	Hf	72	178,490	0,21	67
Tantal	Ta	73	180,948	0,021	82
Wolfram	W	74	186,840	0,16	71
Rhenium	Re	75	186,207	0,053	78
Osmium	Os	76	190,230	0,75	54
Iridium	Ir	77	192,217	0,717	55
Platin	Pt	78	195,078	1,4	47
Gold	Au	79	196,967	0,202	68
Quecksilber	Hg	80	200,590	0,4	58
Thallium	Tl	81	204,383	0,192	69
Blei	Pb	82	207,20	4	43
Bismut	Bi	83	208,980	0,143	73
Thorium	Th	90	232,038	0,058	76
Uran	U	92	238,029	0,0262	81

Elementhäufigkeit der Erde

Auf der Erde ergibt sich eine andere Verteilung. Betrachtet man die Erdkruste, so dominiert gebundener Sauerstoff (O) mit einem Massenanteil von 49,2 %, darauf folgen Silicium (Si, 25,7 %), Aluminium (Al 7,5 %), Eisen (Fe 4,7 %), Calcium (Ca 3,4 %), Natrium (Na 2,6 %), Kalium (K 2,4 %), Magnesium (Mg 1,9 %), Wasserstoff (H 0,9 %) und Titan (Ti 0,6 %). Alle weiteren Elemente haben nur noch einen Massenanteil von jeweils weniger als 0,2 %.

Betrachtet man die ganze Erde mitsamt ihrem Kern, so ergibt sich ein etwas anderes Bild. Die häufigsten Elemente in der Gesamterde sind: Es dominiert Eisen (Fe, 35 %) vor Sauerstoff (30 %), Silicium (15 %) und Magnesium (13 %), gefolgt von Nickel, Schwefel, Calcium, Aluminium und anderen (jeweils unter 3 %).

Liste der chemischen Elemente nach Häufigkeit in der Erdkruste, den Ozeanen und der Atmosphäre
Name	Chemisches Symbol	Ordnungszahl	Häufigkeit in ppm	Massenanteil in %	Stoffmengenanteil in %
Sauerstoff	O	8	474000	49,4	55,1
Silicium	Si	14	277000	25,8	16,3
Aluminium	Al	13	82000	7,5	5,0
Eisen	Fe	26	41000	4,7	1,5
Calcium	Ca	20	41000	3,4	1,5
Summen				90,8	79,4

Es folgen Natrium (Na 2,6 %), Kalium (K 2,4 %), Magnesium (Mg 1,9 %), Wasserstoff (H 0,9 %) und Titan (Ti 0,6 %).

Verteilung in Organismen

Der Mensch ist wiederum anders zusammengesetzt, er besteht hauptsächlich aus Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff, zusammen mit Natrium, Magnesium, Kalium, Calcium, Phosphor und Schwefel machen diese Elemente 99,996 % aller Atome eines menschlichen Körpers aus.

Forschungsgeschichte

Die ersten systematischen Untersuchungen zur Elementhäufigkeit stammen von Victor Moritz Goldschmidt, nach ihm heißt die grafische Darstellung der Elementhäufigkeiten Goldschmidt-Diagramm.

Quellen

↑ A. G. W. Cameron: Abundances of the elements in the solar system in: Space Science Reviews, 1970, 15, 121-146

http://www.lebensnaherchemieunterricht.de/
http://www.seilnacht.com/Lexikon/atoms.htm
Binder, H.: Lexikon der chemischen Elemente - Das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten; Hirzel Verlag, Stuttgart/Leipzig, 1999, 856 S., ISBN 3-7776-0736-3.

Siehe auch

Clarke-Wert
Kosmochemie
Nukleosynthese
Magische Zahlen

Kategorie: Biologie

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