Energia wiązania

Z Wikipedii

Ten artykuł wymaga dopracowania zgodnie z zaleceniami edycyjnymi.
Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdziesz na stronie dyskusji tego artykułu.
Po naprawieniu wszystkich błędów można usunąć tę wiadomość.

Energia wiązania jest to 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 $c 2$ , gdzie $c = 3 * 10 8$ 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 tzw. liczby masowej $A$ , jest krzywą, która szybko narasta dla małych wartości $A$ i stopniowo opada dla dużych $A$ . 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 przeprowadzane tak, aby uzyskać wyraźny wzrost energii wiązania, mogą być obfitym źródłem energii jądrowej. Takie są reakcje syntezy lekkich jąder (np. synteza helu) i reakcje rozpadu ciężkich jąder (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)

[edytuj] Energia wiązania deuteru

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

m p = 1,007276 u

m n = 1,008665 u

m p + m n = 1,007276 + 1,008665 = 2,015941 u

gdzie: u jest masą atomową ( $u = 931,4943 M e V c - 2 = 1,660510 - 27 k g$ ). Masa jądra deuteru jest:

m d = 2,013553 u

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

Δ E = 0,002388 * 931,494 M e V / u = 2,224

MeV.

[edytuj] Energia wiązania jądra sodu

$^{23}_{11} \mbox{Na} \!$ - zapis ten informuje, że jądro sodu zawiera 11 protonów i 12 neutronów.

masa protonu wynosi:

m p = 1,007276 u

masa neutronu wynosi:

m n = 1,008665 u

toteż

m p r o t o n + m n e u t r o n = 11 * 1,007276 + 12 * 1,008665 = 11,080036 + 12,10398 = 23,184016 u

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 N a = 22,989770 u

jest to masa doświadczalna.

Różnica mas wynosi:

m z - m d = 23,184016 - 22,989770 = 0,194246 u

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

Δ E = 0,194246 * 931.494 M e V = 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 jonizacji