Bindingsenergie

Bindingsenergie is de energie die vrijkomt wanneer een molecuul in de gasfase wordt gevormd uit zijn atomen die oorspronkelijk op oneindig grote afstand van elkaar lagen. Omdat bij het vormen van bindingen energie vrijkomt, is in onderstaande tabellen de bindingsenergie positief.

Chemische binding
Dipool-dipoolinteractie
Moleculen (intramoleculair)
Covalente binding
Moleculen (intermoleculair)
Vanderwaalskrachten Waterstofbrug
Zouten
Ionbinding Ion-dipoolkrachten
Metalen
Metaalbinding
Covalente netwerken
Covalente binding
Theorieën
Lewistheorie Valentiebindingstheorie VSEPR-theorie Molecuulorbitaaltheorie
Eigenschappen
Bindingslengte Bindingshoek Bindingsenthalpie Bindingsenergie Bindingsorde Elektronegativiteit Roosterenthalpie
Portaal    Scheikunde

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

Ionisch

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:

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

• 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

• 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
Stikstof	N2	N≡N	110	945

Bindingsenergie van atoomkernen

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

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

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