Vad är bindande energi?
Bindande energi är den energi som behövs för att ta bort en partikel från en atom. Varje del av en atom har bindande energi, men termen används vanligen för att hänvisa till den energi som krävs för att dela upp en atomkärnan. Denna energi är integrerad i diskussioner om kärnklyvning och fusion. Elektronbindande energi kallas oftare joniseringsenergi.
Energin i kärnbindningar kan observeras genom att mäta en atoms massa, vilket är mindre än summan av dess komponentmassa. Detta beror på att en del av massan hos kärnpartiklarna omvandlas till energi enligt ekvationen E = mc 2 . Den saknade massan är källan till den bindande energin. De minsta atomerna har den lägsta kärnbindande energin. Det tenderar att öka med atomantalet upp till järn, som har den högsta bindande energin; större atomer är mer instabila.
Kärnor är tillverkade av protoner och neutroner. Liknande avgifter stöter. Protoner är positivt laddade, och neutroner, som är neutrala, ger ingen balanserad negativ laddning. Kärnans bindningar måste vara tillräckligt starka för att övervinna de avvisande krafterna för de positiva laddningarna på protonerna. Följaktligen finns det en stor mängd energi lagrad i dessa obligationer.
Processerna med kärnklyvning och fusion förlitar sig på frisläppandet av kärnbindande energi. I fusion binder deuterium, en väteatom med en neutron och tritium, en väteatom med två neutroner för att bilda en heliumatom och en reservneutron. Reaktionen frigör energi lika med skillnaden mellan den bindande energin före och efter fusionen. I klyvning delar en stor atom, som uran, sig i mindre atomer. Den sönderdelande kärnan frigör neutronstrålning och stora mängder energi från den förändrade styrkan hos kärnbindningar i de nya atomerna.
Joniseringsenergin för en elektron varierar beroende på typen av atom från vilken den separeras och antalet elektroner som har tagits bort från atomen tidigare. Att ta bort yttre elektroner kräver mindre energi än att ta bort inre, och mer energi behövs för att dela upp ett par än att ta bort en ensam elektron. Skillnaden i joniseringsenergier är orsaken till att vissa konfigurationer är mer stabila än andra: ju högre nästa joniseringsenergi, desto stabilare är atomens tillstånd. Stabila föreningar dominerar i naturen; joniseringsenergier formar bokstavligen världen.