La abundancia de los elementos químicos es una medida de la presencia de los elementos químicos en relación con todos los demás elementos en un entorno dado. La abundancia se mide en una de tres formas: por la fracción de masa (igual que la fracción de peso); por la fracción molar (fracción de átomos por conteo numérico, oa veces fracción de moléculas en gases); o por la fracción de volumen . La fracción de volumen es una medida de abundancia común en gases mixtos, como atmósferas planetarias, y es similar en valor a la fracción molar molecular para mezclas de gases a densidades y presiones relativamente bajas, y gases ideales .mezclas La mayoría de los valores de abundancia en este artículo se dan como fracciones de masa.
Por ejemplo, la abundancia de oxígeno en agua pura se puede medir de dos maneras: la fracción de masa es de aproximadamente el 89 %, porque esa es la fracción de la masa de agua que es oxígeno. Sin embargo, la fracción molar es de alrededor del 33% porque solo 1 átomo de 3 en el agua, H 2 O, es oxígeno. Como otro ejemplo, observando la abundancia de fracción de masa de hidrógeno y helio tanto en el Universo como un todo como en las atmósferas de los planetas gigantes gaseosos como Júpiter , es del 74% para el hidrógeno y del 23-25% para el helio ; mientras que laLa fracción molar (atómica) para el hidrógeno es del 92% y para el helio es del 8% en estos entornos. Cambiar el entorno dado a la atmósfera exterior de Júpiter , donde el hidrógeno es diatómico mientras que el helio no lo es, cambia la fracción molar molecular (fracción del total de moléculas de gas), así como la fracción de la atmósfera por volumen, de hidrógeno a aproximadamente 86%, y de helio al 13%. [Nota 1]
La abundancia de elementos químicos en el universo está dominada por las grandes cantidades de hidrógeno y helio que se produjeron en el Big Bang . Los elementos restantes, que constituyen solo alrededor del 2% del universo, fueron producidos en gran parte por supernovas y ciertas estrellas gigantes rojas . El litio , el berilio y el boro , a pesar de su bajo número atómico, son raros porque, aunque se producen por fusión nuclear, luego son destruidos por otras reacciones en las estrellas. [1] [2] Los elementos desde el carbono hasta el hierro son relativamente más abundantes en el universo debido a la facilidad de producirlos en la nucleosíntesis de supernova .. Los elementos de mayor número atómico que el hierro (elemento 26) se vuelven progresivamente más raros en el universo, porque cada vez absorben más energía estelar en su producción. Además, los elementos con números atómicos pares son generalmente más comunes que sus vecinos en la tabla periódica , debido a la energía favorable de formación.
La abundancia de elementos en el Sol y los planetas exteriores es similar a la del universo. Debido al calentamiento solar, los elementos de la Tierra y los planetas rocosos interiores del Sistema Solar han sufrido un agotamiento adicional de hidrógeno volátil, helio, neón, nitrógeno y carbono (que se volatiliza como metano). La corteza, el manto y el núcleo de la Tierra muestran evidencia de segregación química más algún secuestro por densidad. Los silicatos de aluminio más ligeros se encuentran en la corteza, con más silicato de magnesio en el manto, mientras que el hierro metálico y el níquel componen el núcleo. La abundancia de elementos en ambientes especializados, como atmósferas, océanos o el cuerpo humano, son principalmente un producto de interacciones químicas con el medio en el que residen.
Los elementos, es decir, la materia ordinaria ( bariónica ) hecha de protones , neutrones y electrones , son solo una pequeña parte del contenido del Universo . Las observaciones cosmológicas sugieren que solo el 4,6% de la energía del universo (incluida la masa aportada por la energía, E = mc 2 ↔ m = E / c 2 ) comprende la materia bariónica visible que constituye las estrellas , los planetas y los seres vivos . Se cree que el resto está compuesto por energía oscura (68%) y materia oscura (27%). [4]Estas son formas de materia y energía que se cree que existen sobre la base de la teoría científica y el razonamiento inductivo basado en observaciones, pero no se han observado directamente y su naturaleza no se comprende bien.