Bindungsenergie

Allgemein ist die Bindungsenergie die Energie, die frei wird, wenn zwei Teilchen einen neuen Komplex bilden. Um beide Teilchen wieder zu trennen, muss die Bindungsenergie wieder aufgebracht werden.

Chemische Bindungsenergie

In der Chemie bezeichnet man als Bindungsenergie im allgemeinen bei der chemischen Bindung gebundene 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 jeweiligen Valenzzustände. Wenn die Valenzzustände jeweils nur ein Elektron besitzen, werden die Energien dieser herabgesetzt. Die freiwerdende Energie ist die Bindungsenergie.

Atomphysik

In der Atomphysik bezeichnet man als Bindungsenergie die Energie, die beim Einfangen eines Elektrons durch den positiven Atomkern frei wird.

Die Bindungsenergie kommt durch die elektrische Anziehung zwischen Elektron und Atomkern zustande.

Kernphysik

In der Kernphysik ist die Bindungsenergie analog die Energie, 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.

Die Bindungsenergie kommt durch die anziehende Kraft der starken Wechselwirkung zustande, mit der sich die Nukleonen anziehen. 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.

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 weg zu bringen (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

wobei M die Masse des Körpers, r der Radius und γ die Gravitationskonstante ist. Reale Körper haben im Zentrum durch die Eigenkompression eine größere Dichte als nahe der Oberfläche; deshalb kann man sich gedanklich 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.

Weblink

• Real Video: Was ist Bindungsenergie? (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri)