Co to jest energia wiążąca?
Energia wiązania jest energią potrzebną do usunięcia cząsteczki z atomu. Każda część atomu ma energię wiązania, ale termin ten jest powszechnie używany w odniesieniu do energii wymaganej do podziału jądra atomu. Energia ta stanowi integralną część dyskusji na temat rozszczepienia i syntezy jądrowej. Energia wiązania elektronów jest częściej nazywana energią jonizacji.
Energię w wiązaniach jądrowych można zaobserwować poprzez pomiar masy atomu, która jest mniejsza niż suma masy jej składników. Wynika to z tego, że część masy cząstek jądrowych zamienia się w energię zgodnie z równaniem E = mc 2 . Brakująca masa jest źródłem energii wiązania. Najmniejsze atomy mają najniższą energię wiązania jądrowego. Ma tendencję do wzrostu wraz z liczbą atomową aż do żelaza, które ma najwyższą energię wiązania; większe atomy są bardziej niestabilne.
Jądra zbudowane są z protonów i neutronów. Podobne ładunki odpychają. Protony są naładowane dodatnio, a neutrony, które są neutralne, nie zapewniają równoważącego ładunku ujemnego. Wiązania jądra muszą być wystarczająco silne, aby pokonać siły odpychające ładunki dodatnie na protony. W związku z tym w tych wiązaniach jest przechowywana duża ilość energii.
Procesy rozszczepienia i syntezy jądrowej opierają się na uwalnianiu wiążącej energii jądrowej. W procesie fuzji deuter, atom wodoru z jednym neutronem i tryt, atom wodoru z dwoma neutronami, łączą się, tworząc atom helu i zapasowy neutron. Reakcja uwalnia energię równą różnicy między energią wiązania przed i po fuzji. W rozszczepieniu duży atom, taki jak uran, dzieli się na mniejsze atomy. Rozkładające się jądro uwalnia promieniowanie neutronowe i duże ilości energii ze zmieniającej się siły wiązań jądrowych w nowych atomach.
Energia jonizacji elektronu zmienia się w zależności od rodzaju atomu, z którego jest on oddzielany oraz liczby elektronów, które zostały wcześniej usunięte z tego atomu. Usuwanie zewnętrznych elektronów wymaga mniej energii niż usuwanie wewnętrznych, a do rozdzielenia pary potrzeba więcej energii niż do usunięcia pojedynczego elektronu. Różnica energii jonizacji powoduje, że niektóre konfiguracje są bardziej stabilne niż inne: im wyższa kolejna energia jonizacji, tym bardziej stabilny jest stan atomu. Stabilne związki dominują w naturze; energie jonizacji dosłownie kształtują świat.