Energia wiązania - energia potrzebna do rozdzielenia układu na jego elementy składowe.

Pojęcie to używane jest najczęściej w fizyce jądrowej i dotyczy wówczas jądra atomowego . Energia wiązania jądra atomowego określa energię potrzebną do rozdzielenia jądra atomowego na protony i neutrony . Energia wiązania jest ważnym kryterium decydującym o trwałości jądra atomowego.

Używa się też pojęcia energia wiązania ostatniego nukleonu .

W związku z równoważnością masy i energii, energię wiązania można obliczyć na podstawie różnicy mas jądra i nukleonów, z których jest zbudowane. Energią jest różnica mas , tj. masa nukleonów tworzących jądro, wziętych każdy z osobna, i masy jądra, pomnożona przez c², gdzie c = 3 * 10⁸ m/s jest prędkością światła w próżni .

Energia wiązania na jeden nukleon w zależności od liczby nukleonów w jądrze

Wykres energii wiązania na nukleon od liczby nukleonów w jądrze, czyli od liczby masowej A, jest krzywą, która szybko narasta dla małych liczb masowych a stopniowo opada dla dużych. Wynika stąd, że dla pierwiastków lekkich (o małej liczbie masowej) syntezie nukleonów jąder towarzyszy wydzielanie się energii, zaś w przypadku pierwiastków ciężkich (o dużej liczbie masowej) wydzielanie energii towarzyszy rozszczepianiu, czyli podziałowi jąder. Z tego również powodu jądra pierwiastków lekkich charakteryzują się dużą trwałością, zaś jądra pierwiastków ciężkich mają tendencję do rozpadu. Reakcje jądrowe łączenia jąder przeprowadzane tak, aby uzyskać wyraźny wzrost energii wiązania, mogą być obfitym źródłem energii jądrowej . Reakcje syntezy lekkich jąder (np. synteza helu ). W przypadku reakcji rozpadu lub rozszczepienia energia wiązania jądra musi być mniejsza niż energia wiązania produktów reakcji (np. rozpad uranu ).

Z wykresu wynika również, że największą energię wiązania na nukleon ma jądro żelaza . Jest to przyczyną względnie dużej obfitości żelaza we Wszechświecie (więcej zobacz: Częstość występowania pierwiastków we Wszechświecie )

Energia wiązania deuteru

Jądro deuteru zbudowane jest z jednego protonu i jednego neutronu. Ich masy wynoszą:

m_p = 1,007276u

m_n = 1,008665u

m_p + m_n = 1,007276 + 1,008665 = 2,015941u

gdzie: u jest masą atomową (u = 931,4943MeVc ^{− 2} = 1,660510 ^{− 27}kg). Masa jądra deuteru jest:

m_d = 2,013553u>

Różnica mas = 2,015941 - 2,013553 = 0,002388 u, tak więc energia wiązania deuteru ma wartość:

ΔE = 0,002388 * 931,494MeV / u = 2,224 MeV .

Energia wiązania jądra sodu

- zapis ten informuje, że jądro sodu zawiera 11 protonów i 12 neutronów.

masa protonu wynosi: m_p = 1,007276u

masa neutronu wynosi: m_n = 1,008665u

m_proton + m_neutron = 11 * 1,007276 + 12 * 1,008665 = 11,080036 + 12,10398 = 23,184016u

gdzie u - to jednostka masy atomowej. Masa składu jądra atomu sodu zwana jest masą zmierzoną. Różnica masy zmierzonej z masą doświadczalną.

masa atomowa sodu wynosi: m_Na = 22,989770u jest to masa doświadczalna.

Różnica mas wynosi:

m_z − m_d = 23,184016 − 22,989770 = 0,194246u

Ubytek masy, jest równy energii, która przekształciła się w energię gdy powstawało jądro sodu. Energia wiązania jądra sodu wynosi:

ΔE = 0,194246 * 931.494MeV = 180,939 MeV .

Wynik ten nie jest prawdziwy gdyż masa atomu uwzględnia także masę elektronów atomu sodu, które nie są uwzględniane przy liczeniu masy składników jądra.

Zobacz też

• energia wiązania chemicznego
• energia jonizacji
• energia jądrowa