Кіріспе
Химиялық элементтердің мөлшері – белгілі бір жағдайда химиялық элементтердің басқа барлық элементтерге шаққандағы қатынасының өлшемі. Мөлшері үш жолмен анықталады: массалық үлесімен (коммерциялық контексте көбінесе салмақ үлесі деп аталады), мольдік үлесімен (сандар бойынша атомдардың үлесі, немесе кейде газдардағы молекулалардың үлесі) немесе көлемдік үлесімен. Көлемдік үлес – планеталық атмосфералар сияқты қоспа газдардың мөлшерін анықтаудың жиі қолданылатын тәсілі, және салыстырмалы түрде төмен тығыздық және қысымдағы газ қоспалары үшін молекулалық мольдік үлеспен және идеал газ қоспаларымен шамалас. Осы мақалада мөлшердің көп бөлігі массалық үлес ретінде келтірілген. Мысалы, таза судағы оттегінің мөлшерін екі жолмен анықтауға болады: массалық үлесі шамамен 89%, себебі судың массасының осы бөлігі оттегіден тұрады. Ал мольдік үлесі шамамен 33%, өйткені H2O суындағы үш атомның тек біреуі ғана оттегі. Тағы бір мысал келтірейік, ғаламның және Юпитер сияқты газды алып планеталардың атмосферасындағы сутек пен гелийдің массалық үлесін қарастыратын болсақ, сутек үшін 74%, гелий үшін 23–25% құрайды; ал сутек үшін (атомдық) мольдік үлес 92%, гелий үшін 8% тең. Егер ортаны Юпитердің сыртқы атмосферасына өзгертетін болсақ, онда сутек екі атомды, ал гелий жоқ, молекулалық мольдік үлес (жалпы газ молекулаларының үлесі), сондай-ақ атмосфераның көлем бойынша үлесі сутек үшін шамамен 86%-ға, гелий үшін 13%-ға өзгереді. Әлемдегі химиялық элементтердің мөлшеріне үлкен үлес Big Bang кезінде пайда болған сутек пен гелийтің көп мөлшері тиесілі. Ғаламның барлық құрамының шамамен 2% құрайтын қалған элементтер көбінесе суперновалар мен кейбір қызыл алып жұлдыздар арқылы түзілген. Литий, бериллий және бор, атомдық санының төмендігіне қарамастан, сирек кездеседі, себебі олар ядролық синтез арқылы түзілсе де, жұлдыздардағы басқа реакциялар оларды жояды. Олардың табиғатта кездесуі – көміртек, азот және оттегінің космостық сәулелердің әсерінен ядролық бөліну реакциясы арқылы түзілуінің нәтижесі. Көміртектен темірге дейінгі элементтер ғаламда салыстырмалы түрде көп кездеседі, себебі оларды суперновалық нуклеосинтезде жасау оңай. Темірден (26-элемент) жоғары атомдық саны бар элементтер ғаламда бірте-бірте сирек кездеседі, өйткені олар түзілу кезінде жұлдыздық энергияны көп сіңіреді. Сонымен қатар, жұп атомдық саны бар элементтер периодтық кестеде олардың көршілеріне қарағанда көбінесе кездеседі, себебі олардың түзілуіне қолайлы энергетикалық жағдайлар бар (Оддо-Харкинс ережесін қараңыз), ал ең жеңіл нуклидтердің арасында гелийден күкіртке дейін протон мен нейтронның саны тең болатын изотоптар ең көп таралған. Күн мен сыртқы планеталардағы элементтердің мөлшері ғаламдағы мөлшерге ұқсас. Күннің қызуының салдарынан Жер элементтері мен Күн жүйесінің ішкі тасты планеталары ұшқыш сутек, гелий, неон, азот және көміртектің (метан түрінде ұшқыш) қосымша азаюына ұшырады. Жердің қабығы, мантиясы және ядросы химиялық бөлінудің және тығыздық бойынша кейбір элементтердің шоғырлануының белгілерін көрсетеді. Қабықта алюминийдің жеңіл силикаттары, ал мантияда көбінесе магний силикаты кездеседі, ал ядроны металл темір мен никель құрайды. Атмосфера, мұхит немесе адам денесі сияқты ерекше жағдайлардағы элементтердің мөлшері негізінен олардың тұратын ортамен химиялық өзара әрекеттесуінің нәтижесі болып табылады.
The abundance of the chemical elements is a measure of the occurrence of the chemical elements relative to all other elements in a given environment. Abundance is measured in one of three ways: by mass fraction (in commercial contexts often called weight fraction), by mole fraction (fraction of atoms by numerical count, or sometimes fraction of molecules in gases), or by volume fraction. Volume fraction is a common abundance measure in mixed gases such as planetary atmospheres, and is similar in value to molecular mole fraction for gas mixtures at relatively low densities and pressures, and ideal gas mixtures. Most abundance values in this article are given as mass fractions. For example, the abundance of oxygen in pure water can be measured in two ways: the mass fraction is about 89%, because that is the fraction of water's mass which is oxygen. However, the mole fraction is about 33% because only 1 atom of 3 in water, H2O, is oxygen. As another example, looking at the mass fraction abundance of hydrogen and helium in both the universe as a whole and in the atmospheres of gas giant planets such as Jupiter, it is 74% for hydrogen and 23–25% for helium; while the (atomic) mole fraction for hydrogen is 92%, and for helium is 8%, in these environments. Changing the given environment to Jupiter's outer atmosphere, where hydrogen is diatomic while helium is not, changes the molecular mole fraction (fraction of total gas molecules), as well as the fraction of atmosphere by volume, of hydrogen to about 86%, and of helium to 13%. The abundance of chemical elements in the universe is dominated by the large amounts of hydrogen and helium which were produced during the Big Bang. Remaining elements, making up only about 2% of the universe, were largely produced by supernovae and certain red giant stars. Lithium, beryllium, and boron, despite their low atomic number, are rare because, although they are produced by nuclear fusion, they are destroyed by other reactions in the stars. Their natural occurrence is the result of cosmic ray spallation of carbon, nitrogen and oxygen in a type of nuclear fission reaction. The elements from carbon to iron are relatively more abundant in the universe because of the ease of making them in supernova nucleosynthesis. Elements of higher atomic numbers than iron (element 26) become progressively rarer in the universe, because they increasingly absorb stellar energy in their production. Also, elements with even atomic numbers are generally more common than their neighbors in the periodic table, due to favorable energetics of formation (see Oddo Harkins rule), and among the lightest nuclides helium through sulfur the most abundant isotopes of equal number of protons and neutrons. The abundance of elements in the Sun and outer planets is similar to that in the universe. Due to solar heating, the elements of Earth and the inner rocky planets of the Solar System have undergone an additional depletion of volatile hydrogen, helium, neon, nitrogen, and carbon (which volatilizes as methane). The crust, mantle, and core of the Earth show evidence of chemical segregation plus some sequestration by density. Lighter silicates of aluminium are found in the crust, with more magnesium silicate in the mantle, while metallic iron and nickel compose the core. The abundance of elements in specialized environments, such as atmospheres, oceans, or the human body, are primarily a product of chemical interactions with the medium in which they reside.
Сирек кездесетін жер элементтері
"Сирек кездесетін" жер элементтері – тарихи қате атау. Бұл терминнің қолданылуы нағыз сирек кездесуінен гөрі, оларға таныс еместігімен байланысты. Көптеген сирек кездесетін элементтер хром, никель, мыс, мырыш, молибден, қалайы, вольфрам немесе қорғасын сияқты, күнделікті қолданыстағы өнеркәсіптік металдармен салыстырғанда жер қыртысында шамамен бірдей шоғырланған. Ең сирек кездесетін екі тұрақты элемент (тулий мен лютеций) алтыннан шамамен 200 есе көп кездеседі. Дегенмен, қарапайым металдардан (негізді және құнды металдардан) өзгеше, сирек кездесетін элементтер пайдалы кен орындарында жиналуға бейім емес. Сондықтан, әлемдегі сирек кездесетін элементтердің көп бөлігі тек бірнеше көзден алынады. Сонымен қатар, сирек кездесетін металдардың химиялық қасиеттері өте ұқсас болғандықтан, оларды таза күйде бөліп алу қиынға соғады. Жердің жоғарғы континенттік қабығындағы сирек кездесетін элементтердің мөлшері екі фактордың – ядролық және геохимиялық – нәтижесінде қалыптасады. Біріншіден, жұп атомдық саны бар сирек кездесетін элементтер (58Ce, 60Nd, және т.б.) тақ атомдық саны бар элементтерге (57La, 59Pr, және т.б.) қарағанда ғарышта және жер бетінде көптеп таралған. Екіншіден, жеңіл сирек кездесетін элементтердің иондық радиусы үлкен болғандықтан, олар континенттік қабықта ауыр элементтерге қарағанда көбірек шоғырланған. Көптеген сирек кездесетін кен орындарында лантан, церий, празеодим және неодимий сияқты алғашқы төрт элемент кендегі сирек кездесетін металлдың жалпы мөлшерінің 80%-дан 99%-ын құрайды.
Маңдайша
Жердің мантиясындағы ең көп кездесетін жеті элементтің массалық мөлшері шамамен: оттегі 44,3%, магний 22,3%, кремний 21,3%, темір 6,32%, кальций 2,48%, алюминий 2,29%, никель 0,19%.
Негізгі
Массалық бөлінудің нәтижесінде Жердің ядросы негізінен темірден (88,8%), аздаған мөлшерде никельден (5,8%), күкірттен (4,5%) және 1%-дан кем іздік элементтерден тұрады деп саналады. Аргон (0,96%) одан кейін (нақты тәртібі белгісіз) көміртек және сутек, себебі ауадағы осы екі элементтің басым бөлігін құрайтын су буы мен көмірқышқыл газы өзгермелі компоненттер болып табылады. Күкірт, фосфор және басқа элементтер айтарлықтай аз пайызбен кездеседі. Молықтық қисығы бойынша, атмосфераның маңызды, тіпті басты компоненті саналатын аргон, жер қабығында мүлдем табылмайды. Бұл атмосфераның массасы жер қыртысынан әлдеқайда төмен болғандықтан, жер қыртысында қалған аргонның массалық үлесіне тигізетін әсері шамалы, ал атмосферада аргонның жиналуы маңызды деңгейге жетті.
Қалалық топырақ
Қалалық топырақтардағы элементтердің толық тізімін алу үшін «Элементтердің мол болуы (деректер беті)» бөлімін қараңыз #Қалалық топырақтар.
Адам денесі
+ Адам ағзасындағы элементтердің мөлшері Элемент Үлесі (масса бойынша) Оттегі 65 Көміртек 18 Сутегі 10 Азот 3 Кальций 1,5 Фосфор 1,2 Калий 0,2 Күкірт 0,2 Хлор 0,2 Натрий 0,1 Магний 0,05 Темір < 0,05 Кобальт < 0,05 Мыс < 0,05 Цинк < 0,05 Йод < 0,05 Селен < 0,01
Масса бойынша, адам жасушалары 65–90% судан (H2O) тұрады, ал қалған бөлігінің маңызды бөлігі көміртегі бар органикалық молекулалардан құралған. Сондықтан, адам денесінің массасының көп бөлігін оттегі құрайды, одан кейін көміртек. Адам денесінің массасының шамамен 99% алты элементтен тұрады: сутегі (H), көміртек (C), азот (N), оттегі (O), кальций (Ca) және фосфор (P). Келесі 0,75% келесі бес элементтен тұрады: калий (K), күкірт (S), хлор (Cl), натрий (Na) және магний (Mg). Адам өмірі үшін қажетті 17 элемент белгілі, ал тағы бір элемент (фтор) тіс эмалының күшін арттыруға көмектеседі деп саналады. Тағы бірнеше іздік элементтер сүтқоректілердің денсаулығына қандай да бір әсер ете алады. Бор және кремний өсімдіктер үшін аса қажет, бірақ жануарларда олардың рөлі анық емес. Алюминий мен кремний элементтері, жер қыртысында кең таралған болса да, адам ағзасында сирек кездеседі. Төменде тамақтандыру элементтерін көрсететін периодтық кесте келтірілген.