Bindingsenergie

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Chemische binding
Moleculaire stoffen (intramoleculair)

Moleculaire stoffen (intermoleculair)

Zouten

Metalen

Covalente netwerken

Theorieën

Eigenschappen

Portaal  Portaalicoon  Scheikunde

De bindingsenergie is de energie die vrijkomt wanneer het molecule in de gasfase wordt gevormd uit zijn atomen die oorspronkelijk op oneindig grote afstand van elkaar lagen. Omdat het vormen van bindingen energie kost, is de bindingsenergie altijd negatief.

In de kernfysica wordt de term gebruikt voor de aantrekkende kracht tussen subatomaire en elementaire deeltjes, en in de scheikunde voor de chemische binding tussen atomen.

Wanneer een binding tussen twee atomen wordt gevormd komt er energie vrij en om een binding tussen twee atomen te breken is er energie nodig. De energie die vrijkomt als een binding gevormd wordt of die nodig is om ze te breken wordt de bindingsenergie genoemd. Sommige bindingen zijn sterker dan andere bindingen; bij de sterkere binding is er meer bindingsenergie.

Bindingssterkte van verschillende chemische bindingen[bewerken]

Ionisch[bewerken]

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

F=k\frac{Q_1.Q_2}{r^2},

met F\! de kracht in Newton,

k\! een constante,

Q_1\! de eerste lading in Coulomb,

Q_2\! de tweede lading idem en

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:

Naam Formule Ionenstraal van X+ (pm) Bindingsenergie (kJ per mol)
Lithiumfluoride LiF 74 1039
Natriumfluoride NaF 102 920
Kaliumfluoride KF 138 816
Rubidiumfluoride RbF 149 780
Cesiumfluoride CsF 170 749
  • de grootte van de ladingen: hoe groter de ladingen, hoe sterker de binding

Voorbeeld:

Naam Formule Kation Anion Bindingsenergie (kJ per mol)
Natriumchloride NaCl Na+ Cl- 920
Magnesiumchloride MgCl2 Mg2+ Cl- 2502
Natriumsulfide Na2S Na+ S2- 2207
Magnesiumsulfide MgS Mg2+ S2- 3360

Metallisch[bewerken]

  • de smelttemperatuur: hoe hoger hoe sterker de binding;

Voorbeeld:

Naam Formule Roosterafstand (pm) Smeltpunt (°C)
Natrium Na 430 98
Kalium K 530 63
Calcium Ca 550 851

Covalent[bewerken]

  • de atoomafstand: hoe kleiner hoe sterker de binding;

Voorbeeld:

Naam Formule Binding Bindingslengte (pm) Bindingsenergie (kJ per mol)
Chloor Cl2 Cl-Cl 199 242
Broom Br2 Br-Br 228 193
Ethaan C2H6 C-C 154 348
Etheen C2H4 C=C 134 614
Ethyn C2H2 C≡C 120 839

Bindingsenergie van atoomkernen[bewerken]

Bindingsenergie per nucleon van gangbare isotopen. Klik om te vergroten

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]

Sterkst gebonden atoomkernen
Nuclide Aantal protonen Aantal neutronen Massa overschot Totale massa Totale massa / A Totale bindingsenergie / A Massadefect Bindingsenergie Bindingsenergie / A
56Fe 26 30 -60,6054 MeV 55,934937 u 0,998 838 2 u 9,1538 MeV 0,528 479 u 492,275 MeV 8,7906 MeV
58Fe 26 32 -62,1534 MeV 57,933 276 u 0,998 849 6 u 9,1432 MeV 0,547 471 u 509,966 MeV 8,7925 MeV
60Ni 28 32 -64,4721 MeV 59,930 786 u 0,998 846 4 u 9,1462 MeV 0,565 612 u 526,864 MeV 8,7811 MeV
62Ni 28 34 -66,7461 MeV 61,928 345 u 0,998 844 3 u 9,1481 MeV 0,585 383 u 545,281 MeV 8,7948 MeV
Enkele lichte atoomkernen
Nuclide Aantal protonen Aantal neutronen Massa overschot Totale massa Totale massa / A Totale bindingsenergie / A Massadefect Bindingsenergie Bindingsenergie / A
n 0 1 8,0716 MeV 1,008 665 u 1,008 665 u 0,0000 MeV 0 u 0 MeV 0 MeV
1H 1 0 7,2890 MeV 1,007 825 u 1,007 825 u 0,7826 MeV 0,000 000 014 6 u 0,000 013 6 MeV 13,6 eV
2H 1 1 13,135 72 MeV 2,014 102 u 1,007051 u 1,50346 MeV 0,002 388 u 2,224 52 MeV 1,112 26 MeV
3H 1 2 14,9498 MeV 3,016 049 u 1,005 350 u 3,088 15 MeV 0,009 105 8 u 8,4820 MeV 2,8273 MeV
3He 2 1 14,9312 MeV 3,016 029 u 1,005 343 u 3,094 33 MeV 0,008 285 7 u 7,7181 MeV 2,5727 MeV

Zie ook[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. Fewell, M. P. (1995). The atomic nuclide with the highest mean binding energy. American Journal of Physics 63 (7): 653–658 . DOI:10.1119/1.17828.
  2. M.P. Fewell, 1995