Met abundantie of abondantie wordt de hoeveelheidsverhouding bedoeld waarin de chemische elementen in een bepaalde omgeving, zoals de Aarde of het universum, voorkomen. Het begrip is afgeleid van het Latijnse werkwoord abundare dat 'in overvloed aanwezig zijn' betekent. Abundantie wordt gewoonlijk in massaprocenten of molfracties uitgedrukt. Voor gasvormige objecten, zoals sterren of gasplaneten, wordt – in het geval van ideale gassen – de abundatie soms in volumeprocent uitgedrukt.
De relatieve abundantie van elementen wordt meestal de relatieve aanwezigheid ervan genoemd.
Abundantie van elementen in het universum thumb|Cirkeldiagram met de relatieve samenstelling van het universum.Getallengegevens op basis van de NASA-publicatie WMAP Reveals Neutrinos, End of Dark Ages, First Second of Universe, 3 juli 2008
Samenstelling van het universum De elementen die uit neutronen, protonen en elektronen zijn opgebouwd, dus uit baryonen, maken maar een klein deel uit van de materie in het heelal. Astronomische observaties suggereren dat maar 4,6% What is the Universe Made Of?, NASA. Gearchiveerd op 17 november 2021. van het universum uit deze zichtbare materie bestaat. Van deze 4,6% is circa 4,14% voorbehouden voor interstellair gas en is alleen 0,46% van de zichtbare materie verantwoordelijk voor de opbouw van sterren, planeten en andere kosmologische objecten. De rest bestaat uit donkere energie (72%) en donkere materie (23%). Deze beide worden echter door de wetenschap nog steeds niet goed begrepen en staan nog volop ter discussie.
Voorkomen van de materie in het universum De baryonische materie wordt hoofdzakelijk aangetroffen in de vorm van atomen of ionen (plasma), hoewel er ook verschillende ongewone vormen van materie worden aangetroffen (waaronder in witte dwergen en neutronensterren).
Van alle bekende elementen is waterstof het meest abundant in het universum, gevolgd door helium. Waterstof en helium maken naar schatting 72% en 26% (respectievelijk) van alle aanwezige materie uit, dit is samen al 98%. Het op twee na meest abundante element is zuurstof, atoomnummer 8. Alle andere elementen zijn substantieel minder vertegenwoordigd dan deze drie. Nog geen 2% van de materie in het Melkwegstelsel bestaat uit zwaardere elementen (in de astronomie metalen genoemd).
De abundantie van de lichtste elementen wordt door de theorie van de oerknal voorspeld. Deze elementen werden in enkele honderdsten van een seconde na de oerknal gevormd, tijdens het proces dat de oerknal-nucleosynthese wordt genoemd. Zwaardere elementen als koolstof, stikstof, silicium en ijzer werden pas later gevormd, als gevolg van kernfusie in sterren. Ondanks het feit dat de zware elementen maar een kleine fractie van de aanwezige materie uitmaken, kunnen zij grote invloed uitoefenen op astronomische verschijnselen. Zo betekent de vorming van ijzer in de kern van een ster het levenseinde ervan, doordat ijzer het element is met de stabielste kernsamenstelling (laagste kernbindingsenergie).
Elementaire abundantie en kernbindingsenergie Hoewel er een trend is dat de abundantie afneemt met stijgend atoomnummer, is deze trend verre van regelmatig. Een belangrijke factor is de relatieve kern(in)stabiliteit. Er bestaat een correlatie tussen de abundantie van een element en diens kernbindingsenergie. Deze correlatie komt tot uiting op onderstaand diagram, waarin de abundantie van een element, uitgedrukt als het aantal atomen van dat element per miljoen atomen silicium, logaritmisch is uitgezet tegen het atoomnummer van het element: (1970) - Abundances of the elements in the solar system, Space Science Reviews, 15, pp. 121-146
center|800px|Abundantie van de elementen in het universum
Hierbij vallen een aantal trends op te merken: Waterstof en helium zijn het meest abundant, gevolgd door zuurstof. Lithium, beryllium en boor vormen een uitzonderlijke laagte in de abundantiecurve. Zij ondergaan gemakkelijk transmutaties ten gevolge van kernreacties. Zo wordt boor bijvoorbeeld als moderatorstof gebruikt in kernreactoren om een overvloed aan neutronen te absorberen. IJzer vertoont een opmerkelijk hoge abundantie doordat het de meest stabiele kern heeft. Lichtere kernen dan ijzer produceren energie bij kernfusie, terwijl zwaardere kernen dan ijzer energie produceren bij kernsplijting.
Algemeen is het patroon van alternatie zichtbaar: elementen met een oneven atoomnummer zijn over het geheel genomen minder abundant dan elementen met een even atoomnummer. Dit is de regel van Harkins. Dit verschijnsel kan verklaard worden met behulp van het uitsluitingsprincipe van Pauli en de stabiliteit van de atoomkernen.
Daarenboven geldt: hoe zwaarder het atoom, des te minder abundant (een algemene dalende trend is merkbaar in het diagram). Dit heeft gedeeltelijk te maken met de stabiliteit van de kern. Lichte kernen bevatten ongeveer evenveel protonen als neutronen. Hoe zwaarder de kern wordt, des te meer van deze ideale verhouding wordt afgeweken: het aantal neutronen neemt de overhand om de afstotende krachten tussen de positief geladen protonen te compenseren. Zo is de zwaarste stabiele kern die van lood, meer bepaald de isotoop lood-208. Alle kernen die zwaarder zijn, zullen via desintegratiereeksen vervallen naar kernen met stabielere samenstelling. Dit verval gaat gepaard met het uitzenden van hoogenergetische deeltjes en staat bekend als radioactiviteit.
Abundantie van elementen op Aarde Terrestrische versus gasplaneet De Aarde is gevormd uit materie van de protoplanetaire schijf gedurende het ontstaan van het zonnestelsel. De Aarde is een terrestrische planeet, wat betekent dat zij hoofdzakelijk is opgebouwd uit vaste stoffen. Gasreuzen zoals Jupiter daarentegen zijn voornamelijk opgebouwd uit gassen en hun samenstelling verschilt dan ook sterk van die van de terrestrische planeten. Terrestrische planeten zoals ook bijvoorbeeld Mars zijn hoofdzakelijk opgebouwd uit koolstof, silicium en tal van metalen, terwijl gasplaneten eerder bestaan uit waterstof, helium, koolstof en stikstof.
Samenstelling van de Aarde De verhouding van het aantal elementen in de samenstelling van de Aarde, de abundantie van elementen op de Aarde komt niet altijd overeen met die van het heelal. Zo is het meest voorkomende element op Aarde ijzer (35%). Er kan een vrij nauwkeurige schatting worden gemaakt van de chemische samenstelling van de Aarde, waaruit blijkt dat acht elementen samen ongeveer 98,8% van de massa vormen: ijzer 35% zuurstof 29% silicium 15% magnesium 13% nikkel 2,5% zwavel 2,0% calcium 1,2% aluminium 1,1%
Abundantie van elementen in de Aardkorst In de aardkorst is zuurstof het meest vertegenwoordigd (49%), namelijk in gesteenten en mineralen (silicaten en carbonaten). Het tweede meestvoorkomende element in de aardkorst is silicium (59,71% SiO2), dat onder de vorm van silicaten en kwarts de basissamenstelling ervan vormt. Alle andere gesteentevormende elementen, zoals natrium, magnesium, aluminium, kalium, calcium, titanium en mangaan, komen veel voor. De onderstaande grafiek geeft de abundantie van elementen in de Aardkorst weer:
center|650px|Abundantie van elementen op Aarde
Naast de reeds genoemde gesteentevormende elementen vallen nog enkele andere groepen te onderscheiden: De zeldzame aarden: yttrium en de lanthanoïden (elementen van lanthaan tot lutetium) De commercieel belangrijke metalen: chroom, nikkel, koper, zink, molybdeen, cadmium, tin, wolfraam en lood De edele en zeldzame metalen: ruthenium, rodium, palladium, zilver, renium, osmium, iridium, platina en goud
Er zijn tevens een aantal hiaten in het diagram aanwezig, namelijk technetium (Z = 43) en promethium (Z = 61). Dit zijn twee onstabiele elementen. Er zijn ook hiaten zichtbaar bij de zes edelgassen, doordat zij in de atmosfeer voorkomen en niet in gebonden toestand in de Aardkorst. Verder zijn de zes zeldzame en sterk radioactieve elementen polonium, astaat, radon, francium, radium en actinium eveneens niet opgenomen in het diagram wegens hun lage en zeer variabele abundantie.
Voorts zijn er elementen, zoals gallium, scandium en hafnium, die weliswaar in vrij grote hoeveelheid aanwezig zijn in de aardkorst, maar die nergens zijn opgehoopt in bepaalde mineralen. Bovendien zijn hun eigenschappen erg gelijkaardig en zijn ze moeilijk te scheiden en te zuiveren. Een duidelijk voorbeeld vormen thulium en lutetium, die tot 200 keer meer voorkomen dan goud. Andere elementen, eigenlijk veel zeldzamer (zoals goud, osmium, platina en palladium), worden veel gemakkelijker gevonden doordat zij plaatselijk geconcentreerd voorkomen en gemakkelijk kunnen worden ontgonnen.
Abundantie van elementen in de oceanen Aangezien oceanen uit water met maar een fractie zouten daar in bestaan, zijn zuurstof (85,84%) en waterstof (10,82%) het meest abundant. De minder abundante elementen zijn opgeloste stoffen in het water: (2005) - Tables of Physical & Chemical Constants - Abundances of the elements, National Physical Laboratory Chloor (1,94%) Natrium (1,08%) Magnesium (0,1292%) Zwavel (0,091%) Calcium (0,04%) Kalium (0,04%) Broom (0,0067%) Koolstof (0,0028%)
Daarnaast komen ook sporenelementen voor, zoals de metalen aluminium, nikkel, koper, mangaan, barium en lood, de metalloïden fosfor, seleen en arseen en zelfs edelgassen helium, neon, argon en krypton. Elementen die niet voorkomen zijn onder andere technetium, ruthenium, rodium, palladium, indium, telluur, promethium, renium, osmium, iridium, platina en thallium.
Abundantie van elementen in de aardatmosfeer Samenstelling van de droge aardatmosfeer (in massaprocenten) N2 (Stikstof) 78,08% O2 (Zuurstof) 20,95% Ar (Argon) 0,93% CO2 (Koolstofdioxide) 0,038% Ne (Neon) 0,0018% He (Helium) 0,00052% Kr (Krypton) 0,0001% H2 (Waterstof) 0,00005% Xe (Xenon) 0,000008%
De abundantie van de elementen in de aardatmosfeer is beduidend anders dan die van de aardkorst, doordat er hoofdzakelijk gasvormige elementen in voorkomen. Een procentuele samenstelling van de lucht, exclusief waterdamp, is hiernaast weergegeven; de hoeveelheid waterdamp varieert. Hieruit blijkt dat stikstof en zuurstof de meest vertegenwoordigde elementen zijn. Er komen naast waterdamp en koolstofdioxide ook andere chemische verbindingen voor, zoals koolstofmonoxide en methaan.
In onzuivere lucht komen nog roetdeeltjes (koolstofdeeltjes, waaronder polycyclische aromatische koolwaterstoffen, fullerenen en nanobuisjes), zwaveloxiden en stikstofoxiden voor, deels door menselijke activiteit (ze ontstaan namelijk door verbranding van koolstof- en zwavelhoudende brandstoffen), maar ook door natuurlijke activiteit, zoals vulkaanuitbarstingen (onder meer zwaveldioxide).
Abundantie van elementen in het menselijk lichaam Een doorsnee lichaamscel bestaat voor 65 tot 90% uit water, wat de hoge abundantie van zuurstof en waterstof verklaart. Daarnaast zijn koolstof en stikstof ook prominent aanwezig, doordat vrijwel alle chemische componenten in het menselijk lichaam organische moleculen zijn: grofweg eiwitten (aminozuren), vetten en koolhydraten. Bijna 99% van de lichaamsmassa wordt dus uitgemaakt door zuurstof, koolstof, waterstof, stikstof, calcium en fosfor. Calcium is een bestanddeel van botten en tanden; fosfor maakt deel uit van de fosfaatruggengraat in het DNA en van de fosfolipiden in het celmembraan.
Daarnaast komen ook enkele metalen voor, zoals natrium (als Na+), kalium (als K+), magnesium en ijzer (in hemoglobine). Bepaalde metalen, zoals koper, kobalt (in cobalamine), zink en molybdeen maken als cofactor deel uit van bepaalde enzymen. Verder komen er ook sporen voor van zeldzame of zelf radioactieve elementen, zoals beryllium, wolfraam, goud, radium, thorium en uranium.