El elemento más abundante del universo
El elemento más abundante del universo es el hidrógeno, que constituye aproximadamente las tres cuartas partes de toda la materia. El helio constituye la mayor parte del 25% restante. El oxígeno es el tercer elemento más abundante del universo. Todos los demás elementos son relativamente raros.
La composición química de la Tierra es bastante diferente de la del universo. El elemento más abundante en la corteza terrestre es el oxígeno, que constituye el 46,6% de la masa de la Tierra. El silicio es el segundo elemento más abundante (27,7%), seguido del aluminio (8,1%), el hierro (5,0%), el calcio (3,6%), el sodio (2,8%), el potasio (2,6%) y el magnesio (2,1%). Estos ocho elementos representan aproximadamente el 98,5% de la masa total de la corteza terrestre. Por supuesto, la corteza terrestre es sólo la parte exterior de la Tierra. Las investigaciones futuras nos hablarán de la composición del manto y del núcleo.
El elemento más abundante en el cuerpo humano es el oxígeno, que constituye aproximadamente el 65% del peso de cada persona. El carbono es el segundo elemento más abundante, constituyendo el 18% del cuerpo. Aunque hay más átomos de hidrógeno que de cualquier otro tipo de elemento, la masa de un átomo de hidrógeno es tan inferior a la de los demás elementos que su abundancia ocupa el tercer lugar, con un 10% en masa.
Tabla de elementos
La composición química del Universo está dominada por el hidrógeno y el helio producidos en el Big Bang. Los aproximadamente 90 elementos químicos restantes se producen en las estrellas y constituyen sólo un pequeño porcentaje de la masa total. Los astrónomos denominan a estos elementos (todos excepto el hidrógeno y el helio) como metales, aunque esto incluye elementos como el carbono y el oxígeno que no se consideran metales en el sentido normal.
La abundancia de metales con respecto al hidrógeno se conoce como metalicidad. Mientras que el hidrógeno y el helio se encuentran en gran abundancia en todo el Universo, la metalicidad varía en función de la historia de la formación estelar en la región. La composición química del Sol nos da una idea de la composición química de la vecindad solar:
Las metalicidades más altas se encuentran en los centros de las galaxias. Por ejemplo, cerca del centro de la Vía Láctea se han observado estrellas con metalicidades de hasta tres veces el valor solar. Sin embargo, también hay estrellas con sólo una décima parte del valor solar. Estas estrellas se formaron al principio de la historia de la galaxia, antes de que el medio interestelar (y las siguientes generaciones de estrellas) se enriquecieran en metales por la acción de otras estrellas.
Elementos químicos
La abundancia de un elemento químico mide lo relativamente común que es el elemento, o la cantidad que hay del elemento en comparación con todos los demás elementos. La abundancia puede medirse por la fracción de masa (lo mismo que la fracción de peso), por la fracción molar (fracción de átomos, o a veces de moléculas, en los gases) o por la fracción de volumen. La medición por fracción de volumen es una medida de abundancia común en los gases mezclados, como las atmósferas, que se acerca a la fracción molar molecular para las mezclas de gases ideales (es decir, mezclas de gases a densidades y presiones relativamente bajas).
Por ejemplo, la abundancia de la fracción de masa del oxígeno en el agua es de aproximadamente el 89%, porque esa es la fracción de la masa del agua que es oxígeno. Sin embargo, la abundancia de la fracción molar de oxígeno en el agua es sólo del 33% porque sólo 1 de cada 3 átomos del agua es un átomo de oxígeno. En el universo en su conjunto, y en las atmósferas de los planetas gigantes gaseosos como Júpiter, las abundancias de la fracción de masa del hidrógeno y del helio son de aproximadamente el 74% y el 23-25% respectivamente, mientras que las fracciones molares (atómicas) de estos elementos se acercan al 92% y al 8%. Sin embargo, como el hidrógeno es diatómico y el helio no lo es en las condiciones de la atmósfera exterior de Júpiter, la fracción molecular (fracción de las moléculas totales del gas, o fracción de la atmósfera en volumen) del hidrógeno en la atmósfera exterior de Júpiter es de aproximadamente el 86%, y la del helio, del 13%.
Abundancia de elementos en la corteza terrestre
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 determinado. La abundancia se mide de tres maneras: por la fracción de masa (lo mismo que la fracción de peso); por la fracción molar (fracción de átomos por conteo numérico, o a veces fracción de moléculas en los gases); o por la fracción de volumen. La fracción de volumen es una medida de abundancia común en los gases mezclados, como las atmósferas planetarias, y tiene un valor similar a la fracción molar molecular para las mezclas de gases a densidades y presiones relativamente bajas, y las mezclas de gases ideales. La mayoría de los valores de abundancia en este artículo se dan como fracciones de masa.
Por ejemplo, la abundancia de oxígeno en el agua pura puede medirse de dos maneras: la fracción de masa es aproximadamente el 89%, porque esa es la fracción de la masa del agua que es oxígeno. Sin embargo, la fracción molar es de aproximadamente el 33% porque sólo 1 átomo de los 3 que hay en el agua, H2O, es oxígeno. Otro ejemplo es la abundancia de la fracción de masa del hidrógeno y del helio en el Universo en su conjunto y en las atmósferas de los planetas gigantes gaseosos como Júpiter, que es del 74% para el hidrógeno y del 23-25% para el helio, mientras que la fracción molar (atómica) del hidrógeno es del 92% y la del helio del 8% en estos entornos. Si se cambia el entorno dado a la atmósfera exterior de Júpiter, donde el hidrógeno es diatómico mientras que el helio no lo es, la fracción molar molecular (fracción de las moléculas totales del gas), así como la fracción de la atmósfera en volumen, cambian a cerca del 86% del hidrógeno y al 13% del helio[Nota 1].
