Toată materia, inclusiv cristalele minerale, este alcătuită din atomi, iar toți atomii sunt compuși din trei particule principale: protoni, neutroni și electroni. După cum este rezumat în Tabelul 2.1, protonii sunt încărcați pozitiv, neutronii sunt neîncărcați și electronii sunt încărcați negativ. Sarcina negativă a unui electron echilibrează sarcina pozitivă a unui proton. Atât protonii, cât și neutronii au o masă de 1, în timp ce electronii aproape nu au masă.
| Particulă elementară | Încărcare | Masă |
|---|---|---|
| Proton | +1 | 1 |
| Neutron | 0 | 1 |
| Electron | −1 | ~ 0 |
Elementul hidrogen are cei mai simpli atomi, fiecare având doar un proton și un electron. Protonul formează nucleul, în timp ce electronul orbitează în jurul său. Toate celelalte elemente au neutroni, precum și protoni în nucleul lor, cum ar fi heliul, care este descris în Figura 2.2. Protonii încărcați pozitiv tind să se respingă reciproc, iar neutronii ajută la menținerea nucleului împreună. Numărul de protoni este numărul atomic, iar numărul de protoni plus neutroni este masa atomică. Pentru hidrogen, masa atomică este 1, deoarece există un proton și nu există neutroni. Pentru heliu, acesta este 4: doi protoni și doi neutroni.
Pentru majoritatea celor 16 elemente cele mai ușoare (până la oxigen), numărul de neutroni este egal cu numărul de protoni. Pentru majoritatea elementelor rămase, există mai mulți neutroni decât protoni, deoarece sunt necesari neutroni suplimentari pentru a menține nucleul împreună prin depășirea repulsiei reciproce a numărului tot mai mare de protoni concentrați într-un spațiu foarte mic. De exemplu, siliciul are 14 protoni și 14 neutroni. Numărul său atomic este 14 și masa sa atomică este 28. Cel mai comun izotop al uraniului are 92 de protoni și 146 de neutroni. Numărul său atomic este 92 și masa sa atomică este 238 (92 + 146).
Punctul din mijloc este nucleul, iar norul din jur reprezintă locul în care ar putea fi cei doi electroni în orice moment. Cu cât nuanța este mai întunecată, cu atât este mai probabil ca un electron să fie acolo. Un angstrom (Å) este de 10-10m. Un femtometru (fm) este de 10-15m. Cu alte cuvinte, norul de electroni al unui atom de heliu este de aproximativ 100.000 de ori mai mare decât nucleul său.
Electronii care orbitează în jurul nucleului unui atom sunt aranjați în cochilii – cunoscute și ca „niveluri de energie”. Prima înveliș poate conține doar doi electroni, în timp ce învelișul următor conține până la opt electroni. Învelișele ulterioare pot conține mai mulți electroni, dar învelișul exterior al oricărui atom nu conține mai mult de opt electroni. Electronii din învelișul exterior joacă un rol important. în legătura dintre atomi. Elementele care au o coajă exterioară completă sunt inerte prin faptul că nu reacționează cu alte elemente pentru a forma compuși. Toate apar în coloana din dreapta-dreaptă a tabelului periodic: heliu, neon, argon etc. elemente care nu au o carcasă exterioară completă, electronii cei mai exteriori pot interacționa cu electronii cei mai exteriori ai atomilor din apropiere pentru a crea legături chimice. Configurațiile carcasei de electroni pentru 29 din primele 36 de elemente sunt enumerate în tabelul 2.2. id = „9ac7035022″>