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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.

Inhaltsverzeichnis

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
NameChemisches SymbolOrdnungszahlHäufigkeit in ppmMassenanteil in %Stoffmengenanteil in %
SauerstoffO  8474000 49,455,1
SiliciumSi1427700025,816,3
AluminiumAl13  82000  7,5  5,0
EisenFe26  41000  4,7  1,5
CalciumCa20  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

  1. 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

 
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