Ενέργεια δέσμευσης και υπολογισμός της
Σε έναν ατομικό πυρήνα τα πρωτόνια και τα νετρόνια συνδέονται μεταξύ τους μέσω ισχυρών ελκυστικών πυρηνικών δυνάμεων. Η μικρή ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τον διαχωρισμό πρωτονίων και νετρονίων ενός ατομικού πυρήνα ή για τον διαχωρισμό ηλεκτρονίων από ένα άτομο είναι γνωστή ως ενέργεια δέσμευσης. Η ενέργεια δέσμευσης διασπά έναν πυρήνα σε τέτοιο βαθμό που μπορεί να μην αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Μπορούμε να κατανοήσουμε τη δεσμευτική ενέργεια από την άποψη της ισοδυναμίας μάζας-ενέργειας, καθώς τα δύο συνδέονται μέσω της περίφημης σχέσης του Αϊνστάιν E =(Δm)c2. Η μάζα ενός σταθερού πυρήνα είναι πάντα μικρότερη από τη μάζα των πρωτονίων και των νετρονίων στην ελεύθερη τους κατάσταση, αυτή η διαφορά μάζας μεταξύ του πυρήνα και των συστατικών του είναι γνωστή ως πράξη ελαττώματος μάζας και αυτό εξηγεί την ενέργεια που απελευθερώνεται όταν τα πρωτόνια και τα νετρόνια ενώνονται να σχηματίσει έναν πυρήνα ορισμένου φορτίου και μάζας. Επομένως, E =(Δm)c2 .
Τύποι ενέργειας δέσμευσης
Ατομική ενέργεια δέσμευσης:Η ενέργεια ατομικής δέσμευσης είναι η μικρή ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη διάσπαση ενός ατόμου σε ελεύθερα ηλεκτρόνια και πυρήνα, είναι το άθροισμα των ενεργειών ιονισμού όλων των ηλεκτρονίων που ανήκουν σε ένα συγκεκριμένο άτομο.
Ενέργεια διάστασης δεσμού:Η ενέργεια διάστασης δεσμού είναι η ενέργεια δέσμευσης μεταξύ των ατόμων του ίδιου χημικού δεσμού, είναι η ενέργεια που απαιτείται για τη διάσπαση ενός μορίου στο συστατικό του άτομο. Η ενέργεια διάστασης του δεσμού αυξάνεται καθώς αυξάνεται η διαφορά στις ηλεκτραρνητικότητες των συνδεδεμένων ατόμων. Η ενέργεια του δεσμού εξαρτάται από τον αριθμό των δεσμών μεταξύ των ατόμων. Υψηλή ενέργεια διάστασης δεσμού σημαίνει ότι ο δεσμός είναι σταθερός και χαμηλής ενέργειας.
Ενέργεια ιονισμού:Η ενέργεια ιοντισμού ή η ενέργεια δέσμευσης ηλεκτρονίων είναι η ενέργεια που απαιτείται για την έλξη ενός αρνητικά φορτισμένου ηλεκτρονίου από ένα άτομο που συγκρατείται στη θέση του από την ηλεκτροστατική έλξη ενός θετικά φορτισμένου πυρήνα. Η ενέργεια δέσμευσης ηλεκτρονίων μετριέται σε βολτ ηλεκτρονίων (eV), όπου 1 eV =1,6 x 10-19 J. Το μέγεθος της ενέργειας δέσμευσης ηλεκτρονίων e είναι ευθέως ανάλογο με τον ατομικό αριθμό και αντιστρόφως ανάλογο με την απόσταση από τον πυρήνα.
Ενέργεια πυρηνικής δέσμευσης:Είναι η ενέργεια που απαιτείται για τη διάσπαση ενός πυρήνα σε ελεύθερα πρωτόνια και νετρόνια. Είναι η ενέργεια που ισοδυναμεί με ελάττωμα μάζας, τη διαφορά μεταξύ του μαζικού αριθμού ενός πυρήνα και της μετρούμενης μάζας του.
Μαζικό ελάττωμα
Η μάζα ενός σταθερού πυρήνα είναι πάντα μικρότερη από το άθροισμα των μαζών των πρωτονίων και των νετρονίων που τον αποτελούν στην ελεύθερη τους κατάσταση. Η διαφορά μεταξύ της μάζας ηρεμίας ενός πυρήνα και του αθροίσματος των μαζών ηρεμίας των νουκλεονίων που τον αποτελούν ονομάζεται ελάττωμα μάζας του.
Πράγματα που χρειαζόμαστε για να υπολογίσουμε το ελάττωμα μάζας,
- η πραγματική μάζα του πυρήνα
- αριθμός πρωτονίων και νετρονίων
- μάζες ενός πρωτονίου και ενός νετρονίου
Πυρηνική σχάση και πυρηνική σύντηξη
Η αντίδραση πυρηνικής σχάσης είναι όταν ένας βαρύς πυρήνας χωρίζεται σε μικρότερους πυρήνες συγκρίσιμων μαζών, υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης και δεν είναι απαραίτητος για την εμφάνισή του.
Η πυρηνική σύντηξη είναι η αντίδραση όταν οι πυρήνες συνδυάζονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν έναν πυρήνα βαρύ πυρήνα, χρειάζεται υψηλή πίεση και θερμοκρασία για να συμβεί.
Υπολογισμός της ενέργειας δέσμευσης
Καμπύλη ενέργειας δέσμευσης
Η σταθερότητα ενός νουκλεονίου εξαρτάται από την τιμή της ενέργειας δέσμευσης ανά νουκλεόνιο.
Συμπέρασμα
Η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη διάσπαση ενός πυρήνα στα σωματίδια που τον αποτελούν είναι γνωστή ως ενέργεια δέσμευσης. Μάθαμε διαφορετικούς τύπους ενεργειών δέσμευσης:ενέργεια ιονισμού, ενέργεια ατομικής δέσμευσης, ενέργεια πυρηνικής δέσμευσης, ενέργεια δεσμού ή ενέργεια διάστασης δεσμού. Ελάττωμα μάζας=∆m=Zmp + ( A – Z )mp – m, είναι η διαφορά μεταξύ ενός ατόμου και του σωματιδίου ηρεμίας του. Οι καμπύλες δεσμευτικής ενέργειας υποδηλώνουν έναν δεύτερο τρόπο με τον οποίο θα μπορούσε να απελευθερωθεί ενέργεια στις πυρηνικές αντιδράσεις. Η πυρηνική σύντηξη είναι η διαδικασία κατά την οποία δύο μικρότεροι πυρήνες συντήκονται σε έναν βαρύτερο πυρήνα με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας ενέργειας. Η πυρηνική σχάση είναι η διαδικασία κατά την οποία ένας βαρύς πυρήνας χωρίζεται σε μικρότερους πυρήνες σχεδόν συγκρίσιμων μαζών.
