Fyzická geologie

Veškerá hmota, včetně minerálních krystalů, je tvořena atomy a všechny atomy jsou tvořeny třemi hlavními částicemi: protony, neutrony a elektrony. Jak je shrnuto v tabulce 2.1, protony jsou kladně nabité, neutrony nejsou nabity a elektrony jsou záporně nabité. Záporný náboj jednoho elektronu vyvažuje kladný náboj jednoho protonu. Protony i neutrony mají hmotnost 1, zatímco elektrony téměř žádnou hmotnost.

Prvek vodík má nejjednodušší atomy, každý s jediným protonem a jedním elektronem. Proton tvoří jádro, zatímco elektron obíhá kolem něj. Všechny ostatní prvky mají v jádře neutrony i protony, například helium, které je znázorněno na obrázku 2.2. Kladně nabité protony mají tendenci se navzájem odpuzovat a neutrony pomáhají držet jádro pohromadě. Počet protonů je atomové číslo a počet protonů plus neutronů je atomová hmotnost. U vodíku je atomová hmotnost 1, protože existuje jeden proton a žádné neutrony. U helia je to 4: dva protony a dva neutrony.

U většiny 16 nejlehčích prvků (až po kyslík) se počet neutronů rovná počtu protonů. U většiny zbývajících prvků existuje více neutronů než protonů, protože jsou zapotřebí další neutrony, aby se jádro udržovalo pohromadě překonáním vzájemného odpuzování rostoucího počtu protonů koncentrovaných ve velmi malém prostoru. Například křemík má 14 protonů a 14 neutronů. Jeho atomové číslo je 14 a jeho atomová hmotnost je 28. Nejběžnější izotop uranu má 92 protonů a 146 neutronů. Jeho atomové číslo je 92 a jeho atomová hmotnost je 238 (92 + 146).

Tečka uprostřed je jádro a okolní oblak představuje místo, kde by tyto dva elektrony mohly být kdykoli. Čím tmavší odstín, tím pravděpodobnější bude, že tam bude elektron. Angstrom (A) je 10-10 m. Femtometr (fm) je 10-15 m. Jinými slovy, elektronový mrak atomu hélia je asi 100 000krát větší než jeho jádro.

Elektrony obíhající kolem jádra atomu jsou uspořádány ve skořápkách – označovaných také jako „energetické hladiny“. První skořápka pojme pouze dva elektrony, zatímco další skořápka pojme až osm elektronů. Následující skořápky pojmou více elektronů, ale nejvzdálenější skořápka kteréhokoli atomu pojme ne více než osm elektronů. Elektrony v nejvzdálenější skořápce hrají důležitou roli ve vazbě mezi atomy. Prvky s úplným vnějším obalem jsou inertní v tom, že nereagují s jinými prvky za vzniku sloučenin. Všechny se objevují v pravém sloupci periodické tabulky: hélium, neon, argon atd. prvky, které nemají úplnou vnější skořápku, mohou nejvzdálenější elektrony interagovat s nejvzdálenějšími elektrony blízkých atomů a vytvářet chemické vazby. Konfigurace elektronové skořepiny pro 29 z prvních 36 prvků jsou uvedeny v tabulce 2.2.