Fizikai geológia

Minden anyag, beleértve az ásványi kristályokat is, atomokból áll, és az összes atom három fő részecskéből áll: protonok, neutronok és elektronok. Amint a 2.1. Táblázat összefoglalja, a protonok pozitív töltésűek, a neutronok töltetlenek és az elektronok negatív töltésűek. Egy elektron negatív töltése egyensúlyba hozza egy proton pozitív töltését. Mind a protonok, mind a neutronok tömege 1, míg az elektronoké szinte nincs.

A hidrogén elemnek a legegyszerűbb atomjai vannak, mindegyiknek csak egy protonja és egy elektronja van. A proton alkotja a magot, míg az elektron körülötte kering. Minden más elemnek neutronja, valamint protonja van a sejtmagjában, például a hélium, amelyet a 2.2. Ábra mutat be. A pozitív töltésű protonok hajlamosak taszítani egymást, és a neutronok segítenek a mag egyben tartásában. A protonok száma az atomszám, a protonok és a neutronok száma az atomtömeg. A hidrogén esetében az atomtömeg 1, mert egy proton van és nincs neutron. A hélium esetében ez 4: két proton és két neutron.

A 16 legkönnyebb elem (az oxigénig) legtöbbjéhez a neutronok száma megegyezik a protonok számával. A fennmaradó elemek többségében több a neutron, mint a proton, mert extra neutronokra van szükség a mag egyben tartásához azáltal, hogy leküzdik a nagyon kis térben összpontosuló egyre növekvő számú proton kölcsönös taszítását. Például a szilíciumnak 14 protonja és 14 neutronja van. Atomszáma 14, atomtömege 28. Az urán leggyakoribb izotópjában 92 proton és 146 neutron található. Atomszáma 92, atomtömege 238 (92 + 146).

A középső pont a mag, a környező felhő pedig azt jelzi, hogy a két elektron bármikor tartózkodhat. Minél sötétebb az árnyék, annál valószínűbb, hogy ott lesz egy elektron. Az angström (Å) 10-10 m. A femtométer (fm) 10-15 m. Más szavakkal, a héliumatom elektronfelhője körülbelül 100 000-szer nagyobb, mint a magja.

Az atom magja körül keringő elektronok héjakba vannak rendezve – más néven “energiaszintek”. Az első héjban csak két elektron, míg a következő héjban legfeljebb nyolc elektron található. A következő héjakban több elektron is elfér, de bármely atom legkülső héjában legfeljebb nyolc elektron található. A legkülső héjban lévő elektronok fontos szerepet játszanak az atomok közötti kötésben. A teljes külső héjjal rendelkező elemek inertek, mivel nem reagálnak más elemekkel vegyületeket képezve. Ezek mind a periódusos rendszer jobb szélső oszlopában jelennek meg: hélium, neon, argon stb. olyan elemek, amelyeknek nincs teljes külső héja, a legkülső elektronok kölcsönhatásba léphetnek a közeli atomok legkülső elektronjaival, hogy kémiai kötéseket hozzanak létre. Az első 36 elem 29-hez tartozó elektronhéj-konfigurációkat a 2.2. táblázat sorolja fel.