Bindungsenergie

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Bindungsenergie wird freigesetzt, wenn zwei oder mehr Bestandteile aus großer Entfernung zusammengebracht werden, um einen neuen stabilen Komplex zu bilden. Diese Freisetzung bedeutet, dass der Komplex eine negative potentielle Energie hat. Um die Teilchen wieder zu trennen, muss eine äquivalente Arbeit geleistet werden, um die Wegintegrale der bindenden Kräfte zu überwinden.

[Bearbeiten] Chemische Bindungsenergie

In der Chemie bezeichnet man als Bindungsenergie im Allgemeinen die bei der chemischen Bindung frei werdende Energie.

Die Bindungsenergie kommt dadurch zustande, dass bei Annäherung zweier Atome die jeweiligen Valenzorbitale einen bindenden und einen antibindenden Zustand erzeugen. Der bindende Zustand liegt energetisch unterhalb der einzelnen Valenzzustände. Wenn die Valenzzustände jeweils nur ein Elektron besitzen, werden deren Energieeigenwerte herabgesetzt. Die bei der Überlappung freiwerdende Energie ist die Bindungsenergie.

[Bearbeiten] Atomphysik

In der Atomphysik bezeichnet man als Bindungsenergie die Energie, die beim Einfangen eines Elektrons in die Elektronenhülle freigesetzt wird.

Die Bindungsenergie ist die Absenkung der Energie des Gesamtsystems und kommt durch die elektrische Anziehung zwischen Elektron und Atomkern zustande.

[Bearbeiten] Kernphysik

In der Kernphysik ist die Bindungsenergie die Energiemenge, die frei wird, wenn sich Nukleonen zu einem Atomkern verbinden. Dies ist nach der einsteinschen Beziehung E = mc² mit einem kleinen Massenverlust der gebundenen Nukleonen verbunden, dem Massendefekt.

Bindung kommt durch die anziehende Kraft der starken Wechselwirkung zwischen den Nukleonen zustande. Sie wird durch die gegenseitige Coulombabstoßung der elektrisch positiv geladenen Protonen im Kern geschwächt, wodurch die maximale Bindungsenergie pro Nukleon ungefähr bei Eisen erreicht wird und zu schwereren Nukliden hin wieder abnimmt. Daher kann im Gebiet der leichten Kerne durch Kernfusions-, im Gebiet der schweren Kerne durch Kernspaltungs-Reaktionen Nutzenergie gewonnen werden, wie in der Abbildung angedeutet ist.

Siehe auch: Bethe-Weizsäcker-Formel

[Bearbeiten] Gravitation

Die gravitative Bindungsenergie ist die Energie, die benötigt wird, um einen durch Gravitation zusammengehaltenen Körper (z.B. die Erde) in seine Bestandteile (d. h. in Bestandteile, die selbst so gut wie keine gravitative Bindungsenergie besitzen) zu zerlegen und diese unendlich weit voneinander zu entfernen (d.h. beliebig weit voneinander weg; die Bestandteile ins Unendliche zu bringen, würde natürlich auch unendlich viel Zeit benötigen).

Nach der Newtonsche Gravitationstheorie hat ein kugelförmiger Körper konstanter Dichte die Bindungsenergie

$E = \mathrm{\frac{3G M^2}{5r}}$

wobei M die Masse des Körpers, r der Radius und G die Gravitationskonstante ist. Reale Körper haben im Zentrum durch die Eigenkompression eine größere Dichte als nahe der Oberfläche; deshalb kann man sich vorstellen, dass das im Zentrum "überschüssige" Material zuerst näher an die Oberfläche gebracht wird, und zwar so, dass eine homogene Massenverteilung entsteht. Dieser Vorgang kostet Energie; zusätzlich muss nun noch der homogene Körper zerlegt werden. Deshalb haben reale Körper stets größere gravitative Bindungsenergien als homogene Kugeln.

Eine homogene Kugel mit Masse und Größe der Erde hat eine gravitative Bindungsenergie von ca. 2,2·10³² Joule, die tatsächliche Bindungsenergie der Erde beträgt ca. 2,4·10³² Joule.