Fysisk geologi

Alt stof, inklusive mineralkrystaller, består af atomer, og alle atomer består af tre hovedpartikler: protoner, neutroner og elektroner. Som opsummeret i tabel 2.1 er protoner positivt ladede, neutroner er ikke opladede og elektroner er negativt ladede. Den negative ladning af en elektron afbalancerer den positive ladning af en proton. Både protoner og neutroner har en masse på 1, mens elektroner næsten ikke har nogen masse.

Elementet hydrogen har de enkleste atomer, hver med kun en proton og en elektron. Protonen danner kernen, mens elektronen kredser omkring den. Alle andre grundstoffer har neutroner såvel som protoner i deres kerne, såsom helium, som er afbildet i figur 2.2. De positivt ladede protoner har en tendens til at afvise hinanden, og neutronerne hjælper med at holde kernen sammen. Antallet af protoner er atomnummeret, og antallet af protoner plus neutroner er atommassen. For brint er atommassen 1, fordi der er en proton og ingen neutroner. For helium er det 4: to protoner og to neutroner.

For de fleste af de 16 letteste grundstoffer (op til ilt) er antallet af neutroner lig med antallet af protoner. For de fleste af de resterende elementer er der flere neutroner end protoner, fordi der er behov for ekstra neutroner for at holde kernen sammen ved at overvinde den gensidige frastødning af det stigende antal protoner koncentreret i et meget lille rum. For eksempel har silicium 14 protoner og 14 neutroner. Dens atomnummer er 14, og dets atommasse er 28. Den mest almindelige uranisotop har 92 protoner og 146 neutroner. Dens atomnummer er 92, og dets atommasse er 238 (92 + 146).

Prikken i midten er kernen, og den omgivende sky repræsenterer, hvor de to elektroner kan være når som helst. Jo mørkere skyggen er, desto mere sandsynligt er der, at en elektron vil være der. En angstrøm (Å) er 10-10m. En femtometre (fm) er 10-15m. Med andre ord er et heliumatoms elektronsky ca. 100.000 gange større end dets kerne.

Elektroner, der kredser omkring atomets kerne, er arrangeret i skaller – også kendt som “energiniveauer”. Den første skal kan kun rumme to elektroner, mens den næste skal indeholde op til otte elektroner. Efterfølgende skal kan rumme flere elektroner, men den yderste skal af ethvert atom rummer ikke mere end otte elektroner. Elektronerne i den yderste skal spiller en vigtig rolle i binding mellem atomer. Elementer, der har en fuld ydre skal er inaktive, fordi de ikke reagerer med andre grundstoffer for at danne forbindelser. De vises alle i den yderste højre kolonne i det periodiske system: helium, neon, argon osv. For elementer, der ikke har en fuld ydre skal, kan de yderste elektroner interagere med de yderste elektroner i nærliggende atomer for at skabe kemiske bindinger. Elektronskalekonfigurationerne for 29 af de første 36 elementer er angivet i tabel 2.2.