fyysinen geologia

Kaikki aineet, kivennäiskiteet mukaan lukien, koostuvat atomista, ja kaikki atomit koostuvat kolmesta päähiukkasesta: neutronit ja elektronit. Kuten taulukossa 2.1 on esitetty, protonit ovat positiivisesti varautuneita, neutronit ovat varauksettomia ja elektronit ovat negatiivisesti varautuneita. Yhden elektronin negatiivinen varaus tasapainottaa yhden protonin positiivisen varauksen. Sekä protonien että neutronien massa on 1, kun taas elektronilla ei ole lainkaan massaa.

Vetyelementillä on yksinkertaisimmat atomit, joista jokaisella on vain yksi protoni ja yksi elektroni. Protoni muodostaa ytimen, kun taas elektroni kiertää sen ympärillä. Kaikkien muiden alkuaineiden ytimessä on neutroneja sekä protoneja, kuten helium, joka on esitetty kuvassa 2.2. Positiivisesti varautuneilla protoneilla on taipumus torjua toisiaan, ja neutronit auttavat pitämään ytimen yhdessä. Protonien lukumäärä on atomiluku ja protonien sekä neutronien lukumäärä on atomimassa. Vedyn atomimassa on 1, koska siinä on yksi protoni eikä neutroneja. Heliumille se on 4: kaksi protonia ja kaksi neutronia.

Suurimmalla osalla 16 kevyimmästä elementistä (happeen saakka) neutronien määrä on yhtä suuri kuin protonien lukumäärä. Suurimmalle osalle jäljellä olevista alkuaineista on enemmän neutroneja kuin protoneja, koska ylimääräisiä neutroneja tarvitaan pitämään ydin yhdessä voittamalla kasvavan määrän protoneja, jotka ovat keskittyneet hyvin pieneen tilaan. Esimerkiksi piissä on 14 protonia ja 14 neutronia. Sen atomiluku on 14 ja sen atomimassa on 28. Yleisimmässä uraanin isotoopissa on 92 protonia ja 146 neutronia. Sen atomiluku on 92 ja sen atomimassa on 238 (92 + 146).

Piste keskellä on ydin, ja ympäröivä pilvi edustaa paikkaa, jossa nämä kaksi elektronia voivat olla milloin tahansa. Mitä tummempi sävy, sitä todennäköisemmin elektroni on siellä. Angströmi (Å) on 10-10 m. Femtometri (fm) on 10-15 metriä. Toisin sanoen heliumatomin elektronipilvi on noin 100 000 kertaa suurempi kuin sen ydin.

Atomin ytimen ympäri kiertävät elektronit on järjestetty kuoreiksi – joita kutsutaan myös nimellä ”energiatasot”. Ensimmäiseen kuoreen mahtuu vain kaksi elektronia, kun taas seuraavaan kuoreen mahtuu jopa kahdeksan elektronia. Seuraaviin kuoreihin mahtuu enemmän elektroneja, mutta minkä tahansa atomin uloimpaan kuoreen mahtuu korkeintaan kahdeksan elektronia. Elementit, joilla on täydellinen ulkokuori, ovat inerttejä, koska ne eivät reagoi muiden alkuaineiden kanssa muodostamaan yhdisteitä. Ne kaikki näkyvät jaksollisen järjestelmän oikeassa reunassa olevassa sarakkeessa: helium, neon, argon jne. Elementeillä, joilla ei ole täydellistä ulkokuorta, uloimmat elektronit voivat olla vuorovaikutuksessa läheisten atomien uloimpien elektronien kanssa luodakseen kemiallisia sidoksia.Elektronikuoren kokoonpanot 29: lle 36 ensimmäisestä elementistä on lueteltu taulukossa 2.2.