在化學的廣袤天地中,化學豐度猶如一把神秘鑰匙,解鎖著物質構成與宇宙奧秘的大門。今天,就讓我們一同走進化學豐度的奇妙世界,探尋它的奧秘。
一,化學豐度的定義
化學元素豐度,簡單來說,就是在測量時與所有元素相比較,某種元素所呈現的含量多寡的比值。這個比值可以通過多種方式來呈現,常見的有質量比值、摩爾數比值以及容積比值 。例如,在水中,氧的質量比高達 89%,這是水的總質量與氧的質量相較得出的結果;然而,若從摩爾數的角度看,氧在水中的摩爾比值卻只有 33%,原因在于每一個水分子中,氧原子僅占三分之一。
在浩瀚宇宙以及像木星那般巨大的氣體行星里,氫和氦占據著主導地位。從質量豐度比值而言,氫約為 74%,氦為 23 - 25%;但換算成摩爾(原子)比值,氫飆升至 92%,氦則為 8% 。這背后的 “功臣” 是氫的雙原子分子結構,以及氦在木星外層大氣環境下的單原子分子形態。要是以分子的摩爾數來衡量,在木星大氣層中,氫的豐度達 86%,氦為 13%。
二,豐度的不同表示方法
1,重量豐度
重量豐度是以重量單位來呈現元素豐度。對于常量元素,常用重量百分數(wt%)表示;而對于微量元素,克 / 噸(g/t)或 ppm 更為常見,超微量元素則會用到毫克 / 噸(mg/t)或 ppb,甚至微克 / 噸(μg/t)或 ppt 。ppm 即百萬分之一(10??),ppb 是十億分之一(10??),ppt 為萬億分之一(10?12) 。舉個例子,我們在研究地殼中某些元素的含量時,就可能會用到這些重量豐度的單位。
2,原子豐度
原子豐度通過原子百分數(原子 %)來展現某元素在全部元素原子總數里的占比。這種表示方法在研究宇宙元素豐度時大顯身手,因此也被稱為宇宙豐度單位 。想象一下,當我們試圖剖析恒星、星云等天體的元素構成時,原子豐度便能幫助我們清晰地了解各元素原子在其中的相對數量。
3,相對豐度
相對豐度主要用于描述同位素在自然界中的占比情況,也叫天然存在比 。它指的是某一同位素在該元素所有天然同位素里所占的比例。我們在周期表上看到的原子量,其實就是各種同位素依據豐度加權后的平均值。這是因為在自然界中,各種同位素的分布相對均勻,采用平均值能讓我們的計算和研究更加準確。以碳元素為例,碳 - 12 和碳 - 13 是碳的兩種主要同位素,它們在自然界中的相對豐度會影響碳元素原子量的最終數值。