Термин «ископаемое топливо» превратился из дерзкого прозвища в нечто злодейское в общественном сознании. Прежде достаточно мягкое название веществ, которые, возможно, в одиночку продвинули глобальную цивилизацию в действительно современную эпоху, многие люди теперь связывают «ископаемое топливо» с загрязнением - не просто уродливый дым и вредные выхлопные газы автомобилей, но и материалы с емкостью уничтожить или покончить с цивилизацией, в зависимости от того, кого слушаешь.

Каждое атомное ядро, кроме водорода, содержит как протоны, так и нейтроны. Ядра слишком малы, чтобы их можно было увидеть даже под микроскопом, а нуклоны (это общий термин для протонов и нейтронов) еще меньше. Это позволяет подсчитать количество нейтронов, но ученые все еще знают, сколько в ядрах каждого изотопа каждого элемента. Откуда они знают? Они используют такие методы, как масс-спектрометрия, для измерения общей массы атомов конкретного элемента. Как только они узнают общую массу, остальное легко.

Как правило, атомы являются нейтральными, потому что они имеют такое же количество протонов (положительно заряженных частиц), что и электроны или отрицательно заряженные частицы. Однако многие атомы нестабильны, поэтому они образуют ионы (атомы или молекулы с положительным или отрицательным зарядом), теряя или приобретая электроны. Есть два типа ионов: катионы, которые заряжены положительно, потому что электроны потеряны, и анионы, которые имеют отрицательный заряд, потому что электроны получены.

Расчет энергии ионизации атома является частью современной физики, которая лежит в основе многих современных технологий. Атом состоит из центрального ядра, которое содержит положительно заряженные протоны и количество нейтронов, характерных для данного атома. Ряд отрицательно заряженных электронов вращаются вокруг ядра на разных расстояниях. Энергия, необходимая для удаления нижнего орбитального электрона от влияния центральных протонов, является энергией ионизации. Датский физик Нильс Бор впервые рассчитал эту энергию для водорода в 1913 году, за что получил Нобелевскую премию.

Каждый элемент имеет уникальное количество протонов в своем ядре, но число электронов, вращающихся вокруг него, может варьироваться до некоторой степени. Атомы отличаются тем, как они взаимодействуют с другими атомами и молекулами. Некоторые имеют тенденцию привлекать электроны, в то время как другие склонны отказываться от своих электронов. Такие тенденции определяют, какие виды связей будут образовываться между взаимодействующими атомами.