1. Comente a abundância do hidrogênio na Terra e no Universo.

Passo 1

O enunciado pede para comentarmos a abundância do hidrogênio na Terra e no Universo. O conteúdo envolve elementos de cosmologia (para a composição média do Universo) e de geoquímica (para a composição da Terra). Para resolver vamos:
  1. Apresentar os principais percentuais de hidrogênio no Universo, explicando sua origem cosmológica;
  2. Mostrar como o hidrogênio está distribuído na Terra (hidrosfera, crosta e atmosfera) e estimar sua fração em massa;
  3. Comparar ambos os casos e discutir razões pelas quais o hidrogênio está tão disperso na Terra em comparação ao Universo.

Passo 2

No Universo observável o hidrogênio é o elemento mais abundante porque foi produzido em larga escala no Big Bang. Por síntese primordial temos aproximadamente
\text{fração de hidrogênio por massa} \approx 75\%, \qquad \text{fração por número de átomos} \approx 92\%.çãêçãúá
Isso significa que, de toda a massa bariónica (normal) do Universo, três quartos são átomos de hidrogênio livre ou ionizado, formadores principalmente das estrelas e do meio interestelar.

Passo 3

Na Terra o hidrogênio não existe em grande quantidade na forma livre, pois reage rapidamente formando compostos. Ele está principalmente:
• Na hidrosfera (água): a massa da hidrosfera é cerca de 1{,}4\times10^{21}\,\mathrm{kg}, e como \mathrm{H}_2\mathrm{O} tem fracção de hidrogênio por massa de \tfrac{2}{18}\approx11{,}1\%, a massa de hidrogênio livre na água é cerca de 1{,}6\times10^{20}\,\mathrm{kg}. Isso representa \approx0{,}0027\% da massa total da Terra ( 5{,}97\times10^{24}\,\mathrm{kg}).
• Na crosta sólida: o hidrogênio aparece em minerais hidratados e em água ligada, somando algo em torno de 0{,}14\% em peso na própria crosta, mas a crosta tem apenas \approx0{,}5\% da massa da Terra, então isso acrescenta menos de 0{,}001\% ao total terrestre.
• Na atmosfera: há vestígios de vapor d’água e traços de \mathrm{H}_2, mas juntos representam menos de 0{,}0001\% da massa atmosférica.
Somando todas as reservas chegamos a cerca de \approx0{,}003\% de hidrogênio em massa em toda a Terra.

Passo 4

Comparando as frações temos:
– Universo: \approx75\% de hidrogênio por massa;
– Terra: \approx0{,}003\% de hidrogênio por massa.
A grande diferença se deve a dois fatores principais:
  1. No Universo o hidrogênio é o “bloco de construção” primordial, formando estrelas e nuvens de gás.
  2. Na Terra o hidrogênio foi rapidamente incorporado em compostos mais estáveis (como água e silicatos), e o planeta, por ter alta gravidade e temperaturas moderadas, retém poucos gases leves livres.

Resposta

O hidrogênio representa cerca de 75 % da massa do Universo, sendo o elemento mais abundante por ter sido gerado em larga escala no Big Bang e compor estrelas e nuvens interestelares. Já na Terra ele aparece quase todo combinado (principalmente em água e minerais hidratados), totalizando apenas cerca de 0,003 % da massa do planeta, pois foi incorporado em compostos estáveis que dificultam sua presença como gás livre.

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