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Bindungsenergie


Physik


Basiswissen


Bindungsenergie ist die Energie, die man einem Atom in einem bestimmten Zustand zuführen muss, um die Bindung zwischen den Teilchen aufzuheben. Anders als das Wort es suggeriert, ist die Energie im gebundenen System nicht vorhanden. Es ist vielmehr die Energie, die das System bei der Bindung freigegeben hat[1].

Magnetbeispiel


Wenn der Abstand zweier Dauermagnete hinreichend gering ist, ziehen sie einander an und bewegen sich aufeinander zu. Augenblicke vor dem Zusammenstoß besitzen beide Magnete ihre höchste kinetische Energie, welche beim Aufprall in Schallenergie und Wärme umgewandelt wird und dann in die Umgebung entweicht. Diese entwichende Energie ist die Bindungsenergie. Um die Magnete wieder voneinander zu trennen, muss die Bindungsenergie wieder zugeführt werden. Sie stimmt vom Betrag her mit der vorher freigesetzten Gesamtenergie überein.

Bindungsenergie in der Kernphysik


In der Kernphysik ist die Bindungsenergie diejenige Energie, die man nötig wäre, um den Kern in seine einzelnen Nukleonen (Kernbausteine) zu zerlegen. Diese Energie entspricht genau dem Unterschied der Masse der gesamten Kerns im Vergleich zur Summe der Massen der einzelnen Kernbausteine: der Kern ist immer leichter als es die einzelnen Kernbausteine im ungebunden Zustand wären. Die Bindungsenergie ist gleich diesem Massendefekt multipliziert mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit (E=mc²)[4]. Siehe mehr dazu im Artikel zum Massendefekt ↗

Bindungsenergie in der Atomphysik


In der Atomphysik spielt vor allem die Bindung von Elektronen in Atomen, Molekülen oder Festkörpern eine Rolle. Die Bindungsenergien liegen im Bereich einiger weniger Elektronenvolt (eV) bei den leichten Alkalimetallen bis hin zu über 100 Kiloelektronenvolt (keV) für die Rumpfelektronen[2] der schwersten Atome. Der Bindungsenergie entspricht das sogenannte Ionisierungspotential, also der Energieaufwand zum Ionisieren eines Atoms oder Moleküls. Siehe auch Ionisierungsenergie ↗

Die Austrittsarbeit von Elektronen


Als Austrittsarbeit bezeichnet man die Energie, die man aufwenden muss, sodass ein Elektron einen elektrisch neutralen Festkörper verlassen kann[3]. Diese Austrittsarbeit entspricht dann vom Betrag her wieder der Bindungsenergie. Sie spielt etwa eine Rolle bei der sogenannten Gegenfeldmethode, dem Photoeffekt und der Glühelektrode. Siehe dazu den Artikel zur Austrittsarbeit ↗

Die Kontraktionswärme bei der Sternenentstehung


Sterne entstehen aus vorher dünnen und weit verteilten Wolken aus Gas und Staub. Zwischen den Gasmolekülen wirkt eine Gravitationskraft. Damit haben die Moleküle zueinander eine potentielle Energie. Wenn sich die Wolke zusammenzieht, wird aus potentielle Energie zunächst kinetische Energie (die Gasteilchen werden schneller). Sind die Gasteilchen eng genug zusammen, äußert sich die umgewandelte potentielle Energie als Wärme, die abgestrahlt wird. Die Energie, die bei einer solchen Kontraktion einer Gaswolke frei wird, ist wiederum eine Bindungsenergie. Siehe auch Kontraktionswärme ↗

Fußnoten