Geología física

Toda la materia, incluidos los cristales minerales, está formada por átomos, y todos los átomos están formados por tres partículas principales: protones, neutrones y electrones. Como se resume en la tabla 2.1, los protones están cargados positivamente, los neutrones están descargados y los electrones están cargados negativamente. La carga negativa de un electrón equilibra la carga positiva de un protón. Tanto los protones como los neutrones tienen una masa de 1, mientras que los electrones casi no tienen masa.

El elemento hidrógeno tiene los átomos más simples, cada uno con un solo protón y un electrón. El protón forma el núcleo, mientras que el electrón orbita a su alrededor. Todos los demás elementos tienen neutrones y protones en su núcleo, como el helio, que se muestra en la Figura 2.2. Los protones cargados positivamente tienden a repelerse entre sí y los neutrones ayudan a mantener unido el núcleo. El número de protones es el número atómico y el número de protones más neutrones es la masa atómica. Para el hidrógeno, la masa atómica es 1 porque hay un protón y no hay neutrones. Para el helio, es 4: dos protones y dos neutrones.

Para la mayoría de los 16 elementos más ligeros (hasta el oxígeno), el número de neutrones es igual al número de protones. Para la mayoría de los elementos restantes, hay más neutrones que protones, porque se necesitan neutrones adicionales para mantener el núcleo unido superando la repulsión mutua del creciente número de protones concentrados en un espacio muy pequeño. Por ejemplo, el silicio tiene 14 protones y 14 neutrones. Su número atómico es 14 y su masa atómica es 28. El isótopo más común de uranio tiene 92 protones y 146 neutrones. Su número atómico es 92 y su masa atómica es 238 (92 + 146).

El punto en el medio es el núcleo, y la nube circundante representa dónde podrían estar los dos electrones en cualquier momento. Cuanto más oscura sea la sombra, es más probable que haya un electrón allí. Un angstrom (Å) es de 10 a 10 m. Un femtómetro (fm) es de 10-15 m. En otras palabras, la nube de electrones de un átomo de helio es aproximadamente 100.000 veces más grande que su núcleo.

Los electrones que orbitan alrededor del núcleo de un átomo están dispuestos en capas, también conocidas como «niveles de energía». La primera capa puede contener solo dos electrones, mientras que la siguiente capa contiene hasta ocho electrones. Las capas posteriores pueden contener más electrones, pero la capa más externa de cualquier átomo no contiene más de ocho electrones. Los electrones en la capa más externa juegan un papel importante en la unión entre átomos. Los elementos que tienen una capa exterior completa son inertes porque no reaccionan con otros elementos para formar compuestos. Todos aparecen en la columna de la derecha de la tabla periódica: helio, neón, argón, etc. elementos que no tienen una capa exterior completa, los electrones más externos pueden interactuar con los electrones más externos de los átomos cercanos para crear enlaces químicos. Las configuraciones de la capa de electrones para 29 de los primeros 36 elementos se enumeran en la Tabla 2.2.