宇宙の構成 – 要素の豊富さ|化学

宇宙の組成を元素の存在量で表すには 2 つの方法があります。 1 つ目は各元素の原子の存在量で、2 つ目は各元素の質量パーセントです。これら 2 つの方法では、非常に異なる値が得られます。たとえば、水中の原子の割合 (H₂ O) (水素と酸素) は 66.6% の H と 33.3% の O であり、質量パーセントは 11% の H と 89% の O です。

宇宙で最も豊富な元素

水素は圧倒的に最も豊富な元素で、宇宙の原子の約 92% を占めています。次に多い元素はヘリウムで、宇宙の原子の 7.1% を占めています。一般に、宇宙には重い元素の原子よりも軽い原子質量の元素の原子が多く含まれています。

宇宙の組成 – 元素の原子

原子の数に関して、宇宙で最も豊富な 10 の元素は次のとおりです。

原子番号	シンボル	要素	原子の割合宇宙で
1	H	水素	92%
2	彼	ヘリウム	7.1%
8	O	酸素	0.1%
6	C	カーボン	0.06%
10	いいえ	窒素	0.015%
7	ねえ	ネオン	0.012%
14	シ	シリコン	0.005%
12	マグ	マグネシウム	0.005%
26	Fe	アイロン	0.004%
16	S	硫黄	0.002%

言い換えれば、これらの 10 元素は、宇宙の全原子の約 99.3% を占めています。

宇宙の元素存在量の表 – 質量パーセント

より一般的には、存在量の表は質量パーセントで元素を記述します。

天の川の組成について私たちが知っていることと、他の銀河で見られることを組み合わせることで、宇宙の元素の存在量を見積もることができます。最も豊富な 83 の元素はすべて、少なくとも 1 つの安定同位体を持っています。次に、自然界に存在する放射性元素ですが、放射性崩壊によって微量しか発生しません。超重元素はラボでのみ合成されます。

原子番号	シンボル	名前	相対豊かさ	宇宙の豊かさ (質量パーセント)
1	H	水素	1	75
2	彼	ヘリウム	2	23
8	O	酸素	3	1
6	C	カーボン	4	0.5
10	いいえ	ネオン	5	0.13
26	Fe	アイロン	6	0.11
7	N	窒素	7	0.10
14	Si	シリコン	8	0.07
12	Mg	マグネシウム	9	0.06
16	S	硫黄	10	0.05
18	Ar	アルゴン	11	0.02
20	Ca	カルシウム	12	0.007
28	Ni	ニッケル	13	0.006
13	アル	アルミニウム	14	0.005
11	ナ	ナトリウム	15	0.002
24	Cr	クロム	16	0.015
25	Mn	マンガン	17	8×10
15	P	リン	18	7×10
19	K	カリウム	19	3×10
22	Ti	チタン	20	3×10
27	Co	コバルト	21	3×10
17	Cl	塩素	22	1×10
23	V	バナジウム	23	1×10
9	F	フッ素	24	4×10
30	Zn	亜鉛	25	3×10
32	Ge	ゲルマニウム	26	2×10
29	Cu	銅	27	6×10
40	Zr	ジルコニウム	28	5×10
36	Kr	クリプトン	29	4×10
38	Sr	ストロンチウム	30	4×10
21	Sc	スカンジウム	31	3×10
34	Se	セレン	32	3×10
31	Ga	ガリウム	33	1×10
37	Rb	ルビジウム	34	1×10
54	Xe	キセノン	35	1×10
56	Ba	バリウム	36	1×10
58	Ce	セリウム	37	1×10
60	Nd	ネオジム	38	1×10
82	Pb	リード	39	1×10
52	Te	テルル	40	9×10
33	As	ヒ素	41	8×10
35	Br	臭素	42	7×10
39	Y	イットリウム	43	7×10
3	リー	リチウム	44	6×10
42	月	モリブデン	45	5×10
62	Sm	サマリウム	46	5×10
78	Pt	プラチナ	47	5×10
44	Ru	ルテニウム	48	4×10
50	Sn	スズ	49	4×10
76	Os	オスミウム	50	3×10
41	いいえ	ニオブ	51	2×10
46	Pd	パラジウム	52	2×10
48	Cd	カドミウム	53	2×10
57	ラ	ランタン	54	2×10
59	Pr	プラセオジム	55	2×10
64	Gd	ガドリニウム	56	2×10
66	ダイ	ジスプロシウム	57	2×10
68	えっと	エルビウム	58	2×10
70	Yb	イッテルビウム	59	2×10
77	Ir	イリジウム	60	2×10
4	Be	ベリリウム	61	1×10
5	B	ボロン	62	1×10
53	私	ヨウ素	63	1×10
80	Hg	水星	64	1×10
55	Cs	セシウム	65	8×10
72	Hf	ハフニウム	66	7×10
83	Bi	ビスマス	67	7×10
45	右	ロジウム	68	6×10
47	Ag	シルバー	69	6×10
79	Au	ゴールド	70	6×10
63	Eu	ユーロピウム	71	5×10
65	Tb	テルビウム	72	5×10
67	ホー	ホルミウム	73	5×10
74	W	タングステン	74	5×10
81	Tl	タリウム	75	5×10
51	Sb	アンチモン	76	4×10
90	Th	トリウム	77	4×10
49	イン	インジウム	78	3×10
75	再	レニウム	79	2×10
92	U	ウラン	80	2×10
69	Tm	ツリウム	81	1×10
71	Lu	ルテチウム	82	1×10
73	Ta	タンタル	83	8×10
89	Ac	アクチニウム	–	トレース (放射性)
85	At	アスタチン	–	トレース (放射性)
87	金	フランシウム	–	トレース (放射性)
93	Np	Neptunium	–	トレース (放射性)
94	プー	プルトニウム	–	トレース (放射性)
84	ポ	ポロニウム	–	トレース (放射性)
61	午後	プロメチウム	–	トレース (放射性)
91	Pa	プロタクチニウム	–	トレース (放射性)
88	Ra	ラジウム	–	トレース (放射性)
86	Rn	ラドン	–	トレース (放射性)
43	Tc	テクネチウム	–	トレース (放射性)
95	午前	アメリシウム	–	0 (合成)
96	Cm	キュリウム	–	0 (合成)
97	Bk	バーケリウム	–	0 (合成)
98	参照	カリフォルニア	–	0 (合成)
99	エス	アインスタイニウム	–	0 (合成)
100	Fm	フェルミウム	–	0 (合成)
101	Md	メンデレビウム	–	0 (合成)
102	いいえ	ノーベリウム	–	0 (合成)
103	Lr	ローレンシウム	–	0 (合成)
104	Rf	ラザフォージウム	–	0 (合成)
105	Db	ダブニウム	–	0 (合成)
106	Sg	シーボーギウム	–	0 (合成)
107	Bh	ボーリウム	–	0 (合成)
108	Hs	ハッシウム	–	0 (合成)
109	山	Meitnerium	–	0 (合成)
110	D	ダルムスタチウム	–	0 (合成)
111	Rg	レントゲニウム	–	0 (合成)
112	Cn	コペルニシウム	–	0 (合成)
113	Nh	Nihonium	–	0 (合成)
114	フロリダ	フレロビウム	–	0 (合成)
115	Mc	モスコビウム	–	0 (合成)
116	Lv	リバモリウム	–	0 (合成)
117	Ts	テネシン	–	0 (合成)
118	Og	オガネソン	–	0 (合成)

偶数の要素が多い

ヘリウム (2) や酸素 (8) などの原子番号が偶数の元素は、リチウム (3) や窒素 (7) など、周期表のいずれかの側にある奇数の元素よりも豊富であることに注意してください。この現象は Oddo-Harkins ルールと呼ばれます。このパターンの最も簡単な説明は、ヘリウムを構成要素として使用する星の融合によって多くの元素が形成されるということです。また、原子番号でも、原子核内で陽子対が形成されます。このパリティは、1 つの陽子のスピンがそのパートナーの反対のスピンを相殺するため、原子の安定性を高めます。

Oddo-Harkins ルールの大きな例外は、水素 (1) とベリリウム (4) です。水素はビッグバンで形成されたため、他の元素よりもはるかに豊富です。宇宙が老化するにつれて、水素はヘリウムに融合します。最終的に、ヘリウムは水素よりも豊富になります。ベリリウムの存在量が少ない理由の 1 つは、ベリリウムには安定同位体が 1 つしかないため、放射性崩壊によって他の元素に変化することです。ホウ素 (3) とリチウム (5) には、それぞれ 2 つの安定同位体があります。

宇宙の組成はどうやってわかるの?

宇宙の元素組成の推定にはいくつかの当て推量が含まれます。科学者は分光法を使用して、星や星雲の元素の特徴を測定します。私たちは地球と太陽系の他の惑星の構成についてかなり良い考えを持っています.遠方の銀河の観測は過去を垣間見ることができるため、研究者はそのデータを、天の川銀河や近くの銀河について私たちが知っていることと比較します。最終的に、宇宙の組成についての私たちの理解は、物理法則と組成が一定であり、元素合成 (要素がどのように作られるか) についての理解が正確であると仮定しています。そのため、科学者は、初期の宇宙にどのような元素があったか、現在はどのような元素であるか、組成が時間の経過とともにどのように変化するかを知っています.

ダークマターとダークエネルギー

要素は、宇宙のエネルギーの約 4.6% しか構成していません。科学者たちは、宇宙の約 68% が暗黒エネルギーで構成され、約 27% が暗黒物質で構成されていると考えています。しかし、これらは私たちが直接観察して測定することができなかったエネルギーと物質の形態です。

参考文献

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