Was ist Bindungsenergie?
Bindungsenergie ist die Energie, die benötigt wird, um ein Teilchen aus einem Atom zu entfernen. Jeder Teil eines Atoms hat Bindungsenergie, aber der Begriff wird allgemein verwendet, um die Energie zu bezeichnen, die erforderlich ist, um den Kern eines Atoms zu spalten. Diese Energie ist ein wesentlicher Bestandteil der Diskussion über Kernspaltung und Kernfusion. Elektronenbindungsenergie wird häufiger als Ionisierungsenergie bezeichnet.
Die Energie in Kernbindungen kann beobachtet werden, indem die Masse eines Atoms gemessen wird, die kleiner ist als die Summe der Masse seiner Komponenten. Dies liegt daran, dass ein Teil der Masse der Kernteilchen gemäß der Gleichung E = mc 2 in Energie umgewandelt wird. Die fehlende Masse ist die Quelle der Bindungsenergie. Die kleinsten Atome haben die niedrigste Kernbindungsenergie. Es neigt dazu, mit der Ordnungszahl bis zu Eisen zuzunehmen, das die höchste Bindungsenergie hat; größere Atome sind instabiler.
Kerne bestehen aus Protonen und Neutronen. Ähnliche Gebühren abstoßen. Protonen sind positiv geladen und neutrale Neutronen liefern keine ausgleichende negative Ladung. Die Bindungen des Kerns müssen stark genug sein, um die Abwehrkräfte der positiven Ladungen auf die Protonen zu überwinden. Folglich ist in diesen Bindungen eine große Menge an Energie gespeichert.
Die Prozesse der Kernspaltung und -fusion beruhen auf der Freisetzung von kernbindender Energie. Bei der Fusion verbinden sich Deuterium, ein Wasserstoffatom mit einem Neutron, und Tritium, ein Wasserstoffatom mit zwei Neutronen, zu einem Heliumatom und einem Ersatzneutron. Die Reaktion setzt Energie frei, die der Differenz zwischen der Bindungsenergie vor und nach der Fusion entspricht. In der Spaltung spaltet sich ein großes Atom wie Uran in kleinere Atome auf. Der zerfallende Kern setzt Neutronenstrahlung und große Energiemengen aus der sich ändernden Stärke der Kernbindungen in den neuen Atomen frei.
Die Ionisierungsenergie eines Elektrons hängt von der Art des Atoms ab, von dem es abgetrennt wird, und von der Anzahl der Elektronen, die zuvor von diesem Atom entfernt wurden. Das Entfernen äußerer Elektronen erfordert weniger Energie als das Entfernen innerer, und es wird mehr Energie benötigt, um ein Paar zu spalten, als um ein einzelnes Elektron zu entfernen. Der Unterschied bei den Ionisierungsenergien ist der Grund dafür, dass einige Konfigurationen stabiler sind als andere: Je höher die nächste Ionisierungsenergie ist, desto stabiler ist der Zustand des Atoms. Stabile Verbindungen dominieren in der Natur; Ionisierungsenergien prägen buchstäblich die Welt.