Vom Sinn der Molmasse II: Die Verteilung der Elemente in der Erdkruste
Die Erdkruste umfasst den Teil der Erde, der von der Oberfläche bis zu 35 Kilometer reicht. Man hat für diesen Bereich eine einigermaßen gesicherte Vorstellung von der Häufigkeit der einzelnen Elemente.
Im Allgemeinen werden die Werte in Masseprozent angegeben. Dann sieht die Verteilung so aus:
| Element | Masse% (g/100g) |
Massen-Häufigkeit (Nummer) |
| O | 50,5 | 1 |
| Si | 27,5 | 2 |
| Al | 7,3 | 3 |
| Fe | 3,38 | 4 |
| Ca | 2,79 | 5 |
| K | 2,58 | 6 |
| Na | 2,19 | 7 |
| Mg | 1,29 | 8 |
| H | 1,02 | 9 |
| Ti | 0,43 | 10 |
| N | 0,33 | 11 |
| Cl | 0,19 | 12 |
| C | 0,12 | 13 |
| 99,62 |
Wir erkennen, dass die aufgeführten 13 Elemente bereits über 99 Masse% ausmachen. Das heißt
andersherum, dass die restlichen 92-13 = 79 natürlichen Elemente den Rest von ca. 0,5 % unter sich
teilen müssen.
Chemiker sind statt an den Massenanteilen eher an der relativen Atomzahl interessiert. Kann man anhand dieser Tabelle dazu eine Aussage machen? Das ist möglich.
Zur Berechnung gehen wir von 1000 g Erdkruste aus und ermitteln für jedes Element die Molzahl.
Molzahl = Massenanteil (g/1000 g) / Molmasse (g/mol)
Beispiel: Sauerstoff hat in 1000 g Erdkruste einen durchschnittlichen Massenanteil von 505 g. Die Molmasse von Sauerstoff ist 16 g/mol. Die Molzahl beträgt dann 31,56 Mol.
| Element | Massenanteil (g/1000g) |
Molmasse (g/mol) |
Molzahl (in 1000 g) |
| O | 505 | 16 | 31,56 |
| Si | 275 | 28,09 | 9,79 |
| Al | 73 | 26,98 | 2,71 |
| Fe | 33,8 | 55,86 | 0,605 |
| Ca | 27,9 | 40,08 | 0,696 |
| K | 25,8 | 39,1 | 0,66 |
| Na | 21,9 | 22,99 | 0,953 |
| Mg | 12,9 | 24,31 | 0,531 |
| H | 10,2 | 1,01 | 10,1 |
| Ti | 4,3 | 47,88 | 0,0898 |
| N | 3,3 | 14,01 | 0,236 |
| Cl | 1,9 | 35,45 | 0,054 |
| C | 1,2 | 12,01 | 0,1 |
| 996,2 |
Die Molzahl ist als Stoffportion bereits ein Maß für die Atomzahl. Jetzt könnten wir schon eine
neue Reihung aufstellen, indem wir die Molzahlen nach ihrem Wert ordnen. Aber der Mensch ist gewohnt,
mit Relativzahlen zu arbeiten.
Deshalb wollen wir nun für jedes Element die relative Atomzahl berechnen. Dazu setzen wir die Anzahl der Atome des Elements mit der größten Molzahl (Sauerstoff) gleich 1000. Darauf beziehen wir dann die Molzahlen der anderen Elemente.
So wird gerechnet:
Rel. Atomzahl des Elements / 1000 = Molzahl des Elements / Molzahl des Sauerstoffs
Beispiel: Silicium
Rel. Atomzahl des Siliciums = (9,79 / 31,56) • 1000 = 310,2
Dieses Ergebnis sollten wir so lesen: Auf 1000 Sauerstoff-Atome kommen in der Erdkruste etwa 310 Silicium-Atome.
Die folgende Tabelle gibt eine zusammenfassende Übersicht über alle bislang ermittelten Daten. Nun können wir auch eine erneute Reihung vornehmen (Rote Nummernreihe).
Verteilung der 13 häufigsten Elemente in der Erdkruste (bis 35 km Tiefe)
| Element | Masse% (g/100g) |
Massen-Häufigkeit (Nummer) |
Massenanteil (g/1000g) |
Molmasse (g/mol) |
Molzahl (in 1000 g) |
Relative Atomzahl |
Atomzahl-Häufigkeit (Nummer) |
| O | 50,5 | 1 | 505 | 16 | 31,56 | 1000 | 1 |
| Si | 27,5 | 2 | 275 | 28,09 | 9,79 | 310,2 | 3 |
| Al | 7,3 | 3 | 73 | 26,98 | 2,71 | 85,87 | 4 |
| Fe | 3,38 | 4 | 33,8 | 55,86 | 0,605 | 19,17 | 8 |
| Ca | 2,79 | 5 | 27,9 | 40,08 | 0,696 | 22,05 | 6 |
| K | 2,58 | 6 | 25,8 | 39,1 | 0,66 | 20,91 | 7 |
| Na | 2,19 | 7 | 21,9 | 22,99 | 0,953 | 30,2 | 5 |
| Mg | 1,29 | 8 | 12,9 | 24,31 | 0,531 | 16,83 | 9 |
| H | 1,02 | 9 | 10,2 | 1,01 | 10,1 | 320,02 | 2 |
| Ti | 0,43 | 10 | 4,3 | 47,88 | 0,0898 | 28,46 | 12 |
| N | 0,33 | 11 | 3,3 | 14,01 | 0,236 | 7,48 | 10 |
| Cl | 0,19 | 12 | 1,9 | 35,45 | 0,054 | 1,71 | 13 |
| C | 0,12 | 13 | 1,2 | 12,01 | 0,1 | 3,17 | 11 |
| 99,62 | 996,2 | 1866,07 |
Das Ergebnis überrascht. Die Reihenfolge der relativen Häufigkeiten hat sich kräftig geändert – vor
allem, was den Wasserstoff angeht.
Die folgende Tabelle zeigt die „Neue Ordnung“.
Verteilung der 13 häufigsten Elemente in der Erdkruste (nach der relativen Atomzahl)
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| O | H | Si | Al | Na | Ca | K | Fe | Mg | N | C | Ti | Cl |
Auf diese Weise können wir uns mehr „Chemisches“ vorstellen – zum Beispiel hinsichtlich
der Zusammensetzung der Mineralien oder der anderen chemischen Verbindungen auf der Erdoberfläche
und in der Erdkruste. So erkennen wir in den fünf häufigsten Elementen (O, H, Si, Al und Na)
diejenigen wieder, aus denen die meisten Silicate und letztlich das Wasser bestehen. Mit den
Massenanteilen ist dieser Schluss so nicht möglich.
So ist das Ganze ein weiteres Beispiel für den
Wert des Molbegriffs.