Géologie physique

Toute matière, y compris les cristaux minéraux, est composée d’atomes et tous les atomes sont constitués de trois particules principales: les protons, neutrons et électrons. Comme le résume le tableau 2.1, les protons sont chargés positivement, les neutrons ne sont pas chargés et les électrons sont chargés négativement. La charge négative d’un électron équilibre la charge positive d’un proton. Les protons et les neutrons ont une masse de 1, tandis que les électrons n’ont presque pas de masse.

L’élément hydrogène a les atomes les plus simples, chacun avec juste un proton et un électron. Le proton forme le noyau, tandis que l’électron tourne autour de lui. Tous les autres éléments ont des neutrons ainsi que des protons dans leur noyau, comme l’hélium, qui est représenté sur la figure 2.2. Les protons chargés positivement ont tendance à se repousser et les neutrons aident à maintenir le noyau ensemble. Le nombre de protons est le numéro atomique et le nombre de protons plus les neutrons est la masse atomique. Pour l’hydrogène, la masse atomique est de 1 car il y a un proton et pas de neutrons. Pour l’hélium, c’est 4: deux protons et deux neutrons.

Pour la plupart des 16 éléments les plus légers (jusqu’à l’oxygène), le nombre de neutrons est égal au nombre de protons. Pour la plupart des éléments restants, il y a plus de neutrons que de protons, car des neutrons supplémentaires sont nécessaires pour maintenir le noyau ensemble en surmontant la répulsion mutuelle du nombre croissant de protons concentrés dans un très petit espace. Par exemple, le silicium a 14 protons et 14 neutrons. Son numéro atomique est 14 et sa masse atomique est 28. L’isotope le plus commun de l’uranium a 92 protons et 146 neutrons. Son numéro atomique est 92 et sa masse atomique est 238 (92 + 146).

Le point au milieu est le noyau, et le nuage environnant représente où les deux électrons pourraient être à tout moment. Plus la teinte est foncée, plus il y a de chances qu’un électron soit là. Un angström (Å) est de 10 à 10 m. Un femtomètre (fm) est de 10 à 15 m. En d’autres termes, le nuage d’électrons d’un atome d’hélium est environ 100 000 fois plus grand que son noyau.

Les électrons en orbite autour du noyau d’un atome sont disposés en coquilles, également appelées «niveaux d’énergie». La première couche ne peut contenir que deux électrons, tandis que la couche suivante peut contenir jusqu’à huit électrons. Les couches suivantes peuvent contenir plus d’électrons, mais la couche la plus externe de tout atome ne contient pas plus de huit électrons. Les électrons de la couche la plus externe jouent un rôle important dans la liaison entre les atomes. Les éléments qui ont une enveloppe extérieure complète sont inertes en ce sens qu’ils ne réagissent pas avec d’autres éléments pour former des composés. Ils apparaissent tous dans la colonne à l’extrême droite du tableau périodique: hélium, néon, argon, etc. éléments qui n’ont pas de coque externe complète, les électrons les plus externes peuvent interagir avec les électrons les plus externes des atomes proches pour créer des liaisons chimiques. Les configurations de la couche d’électrons pour 29 des 36 premiers éléments sont répertoriées dans le tableau 2.2.