fysisk geologi (Svenska)

All materia, inklusive mineralkristaller, består av atomer och alla atomer består av tre huvudpartiklar: protoner, neutroner och elektroner. Som sammanfattas i tabell 2.1 är protoner positivt laddade, neutroner är uppladdade och elektroner är negativt laddade. Den negativa laddningen för en elektron balanserar den positiva laddningen för en proton. Både protoner och neutroner har en massa på 1, medan elektroner nästan inte har någon massa.

Elementet väte har de enklaste atomerna, var och en med bara en proton och en elektron. Protonen bildar kärnan, medan elektronen kretsar kring den. Alla andra element har neutroner såväl som protoner i sin kärna, såsom helium, vilket avbildas i figur 2.2. De positivt laddade protonerna tenderar att avvisa varandra och neutronerna hjälper till att hålla kärnan ihop. Antalet protoner är atomnumret, och antalet protoner plus neutroner är atommassan. För väte är atommassan 1 eftersom det finns en proton och inga neutroner. För helium är det 4: två protoner och två neutroner.

För de flesta av de 16 lättaste elementen (upp till syre) är antalet neutroner lika med antalet protoner. För de flesta av de återstående elementen finns det fler neutroner än protoner, eftersom extra neutroner behövs för att hålla kärnan ihop genom att övervinna den ömsesidiga avstötningen av det ökande antalet protoner koncentrerade i ett mycket litet utrymme. Till exempel har kisel 14 protoner och 14 neutroner. Dess atomnummer är 14 och dess atommassa är 28. Den vanligaste isotopen av uran har 92 protoner och 146 neutroner. Dess atomnummer är 92 och dess atommassa är 238 (92 + 146).

Pricken i mitten är kärnan, och det omgivande molnet representerar var de två elektronerna kan vara när som helst. Ju mörkare nyansen är, desto mer sannolikt kommer en elektron att finnas där. En ångström (Å) är 10-10m. En femtometre (fm) är 10-15m. Med andra ord är en heliumatoms elektronmoln ungefär 100 000 gånger större än kärnan.

Elektroner som kretsar kring kärnan i en atom är ordnade i skal – även kända som ”energinivåer.” Det första skalet kan bara rymma två elektroner, medan nästa skal rymmer upp till åtta elektroner. Därefter kan skal rymma fler elektroner, men det yttersta skalet i vilken atom som helst rymmer inte mer än åtta elektroner. Elektronerna i det yttersta skalet spelar en viktig roll vid bindning mellan atomer. Element som har ett fullständigt yttre skal är inerta genom att de inte reagerar med andra element för att bilda föreningar. De visas alla i den högra kolumnen i det periodiska systemet: helium, neon, argon, etc. element som inte har ett fullständigt yttre skal, de yttersta elektronerna kan interagera med de yttersta elektronerna i närliggande atomer för att skapa kemiska bindningar. Elektronskalkonfigurationerna för 29 av de första 36 elementen listas i tabell 2.2.