Bindningsenergier

Bindningsenergier är den energi som krävs för att bryta ett system i dess grundläggande delar eller, motsatt, den energi som frigörs när delarna binds samman. Begreppet används inom både kärnfysik och kemi och beskriver hur starkt ett system hålls samman. I kärnfysik uttrycks oftast bindningsenergier per kärnpartikel i enheten MeV per nukleon, medan kemiska bindningar ofta redovisas i kJ/mol. Bindningsenergier uppstår ur de krafter som verkar inom systemet, inklusive kärnkrafter och elektromagnetiska krafter i molekyler och kristaller.

Kärnbindningsenergi. Den totala bindningsenergin i en kärna kan beräknas via massdefekten: Δm c^2 = (Z m_p + N m_n − M) c^2, där Z är antalet protoner, N antalet neutroner och M kärnans massa. Bindningsenergin per nukleon E_b/A varierar med kärnans sammansättning och når ett maximum runt järn-56, ungefär 8,8 MeV per nukleon. Denna struktur förklarar varför fusion av lätta kärnor kan avges energi och varför fission av tunga kärnor är energiutvinnande. Totalt binder en större kärna mer energi, men per nukleon minskar ofta med ökad storlek efter meningsfulla gränser.

Kemisk bindning. Inom kemin betecknar bindningsenergi hur mycket energi som krävs för att bryta en molekylens bindning eller hur mycket energi som frigörs när bindningen bildas (dissociationsentalpi eller bildningsentalpi). Exempel på typiska värden är H–H cirka 436 kJ/mol och C–C cirka 345 kJ/mol. Våra uppskattningar påverkas av bindningstypen (kovalent, jonbindning, metallbindning, vätebinding) och omgivningen.

Betydelse. Bindningsenergier ligger till grund för energibalanser i stjärnor och kärnkraft samt för stabiliteten hos ämnen och material. De mäts med olika tekniker, inklusive massdefektanalys i kärnexperiments och kemiska entalpier i laboratorievärden.