Bindingsenergie

Ionisch bewerken

De formule voor de elektrostatische aantrekkingskracht tussen twee ladingen is van de vorm

${\displaystyle F=k{\frac {Q_{1}\cdot Q_{2}}{r^{2}}}}$ ,

met

${\displaystyle F}$ de kracht in newton,

${\displaystyle k}$ een constante,

${\displaystyle Q_{1}}$ de eerste lading in coulomb,

${\displaystyle Q_{2}}$ de tweede lading idem en

${\displaystyle r}$ hun tussenafstand in meter

De factoren die de sterkte van een ionaire binding beïnvloeden, zijn:

• de grootte van de ionen: hoe groter de ionen, hoe kleiner de aantrekkingskracht, en hoe zwakker de binding.

Voorbeeld: bindingsenergie voor de fluoriden van de alkalimetalen:

• de grootte van de ladingen: hoe groter de ladingen, hoe sterker de binding

Voorbeeld:

Metallisch bewerken

• de smelttemperatuur: hoe hoger hoe sterker de binding;

Voorbeeld:

Covalent bewerken

• de atoomafstand: hoe kleiner hoe sterker de binding;

Voorbeeld:

In het periodiek systeem van elementen vertoont de reeks lichte elementen van waterstof tot natrium een stijging van de bindingsenergie per nucleon - zie bijgaande grafiek. Dit komt doordat de krachten in de atoomkern toenemen als er meer nucleonen zijn die elkaar aantrekken.

Bij grotere atoommassa's zien we een plateau in de kromme van magnesium tot aan ijzer. In dit gebied is de atoomkern zo groot geworden dat de kernkrachten niet meer de volle omvang van de kern bestrijken. Aantrekkende sterke kernkrachten zijn bijna in evenwicht met afstotende elektromagnetische krachten tussen de protonen.

Bij elementen zwaarder dan ijzer neemt de bindingsenergie per nucleon af: de afstoting tussen de vele protonen neemt toe en wint terrein op de aantrekkende sterke kernkracht.

De top in de kromme voor de bindingsenergie per nucleon ligt bij nikkel-62. Dit is dus de hechtste kern (per nucleon), gevolgd door ijzer-58 en ijzer-56.^[1] Dit is een verklaring waarom ijzer en nikkel overheersen in planeetkernen, omdat deze metalen overvloedig worden geproduceerd in supernova-explosies en de eindfase van silicium-fusie in sterevolutie.

Maar het gaat niet alleen om de bindingsenergie per nucleon die bepaalt welke kern precies gemaakt wordt. In sterren kunnen neutronen overgaan in protonen en zo nog meer energie vrijmaken, als het resultaat een stabiele kern is met een groter aandeel van protonen. Daarom heeft ijzer-56 de meeste bindingsenergie van alle combinaties van 56 nucleonen, vanwege zijn relatieve grote fractie protonen, ook al is er minder bindingsenergie per nucleon dan in nikkel-62, als deze berekend wordt door te vergelijken met samen 28 losse protonen en 34 losse neutronen.Er wordt wel beweerd dat fotodesintegratie van ⁶²Ni tot ⁵⁶Fe energetisch mogelijk is in een bijzondere hete sterkern, ten gevolge van bètaverval van neutrons tot protonen.^[2]

Voorbeelden bewerken

• A = aantal nucleonen (protonen en neutronen) in de atoomkern, dus A = P + N (zie onder)
• MeV = megaelektronvolt, miljoen elektronvolt
• u = atomaire massa-eenheid

• Massadefect
• Bindingsenthalpie