Sidosenergia on energiamäärä, joka tarvitaan kokonaisuuden purkamiseksi yksittäisiin osiin. Sidotulla systeemillä on matalampipotentiaalienergia kuin sen rakenneosilla, mikä vastaa positiivista sidosenergiaa pitäen systeemin kasassa.
Atomiydintasolla sidosenergia vastaa energiamäärää, joka tarvitaan atomiytimen purkamiseksineutroneiksi japrotoneiksi.[1] Ytimen sidosenergia on nettoseuraus protonien välisestä repulsiivisesta Coulombin vuorovaikutuksesta ja kaikkia nukleoneja yhteen sitovastavahvasta vuorovaikutuksesta.[2]
Atomitasolla sidosenergia johdetaansähkömagneettisesta vuorovaikutuksesta ja se vastaa energiamäärää, joka tarvitaan atomin purkamiseksielektroneiksi ja atomiytimeksi.
Astrofysiikassa tähtitieteellisen kappaleenpainovoiman sidosenergia vastaa energiaa, joka tarvitaan ko. kappaleen hajottamiseksi avaruuspölyksi. Tätä ei pidä sekoittaa painovoiman potentiaalienergiaan, joka erottaa esimerkiksi avaruuskappaleen ja satelliitin toisistaan äärettömälle etäisyydelle, säilyttäen molemmat muutoin ennallaan.
Keveimmillä alkuaineillavedystänatriumiin on kasvava sidosenergia ydinhiukkasta kohti atomimassan kasvaessa. Sidosenergia pysyy stabiilina alkuaineillamagnesiumistaksenoniin. Tätä raskaammilla alkuaineilla sidosenergia vähenee ydinhiukkasta kohti atomimassan kasvaessa.Rauta on stabiilein ja lujimmin sitoutunut alkuaine. Fuusio tuottaa energiaa yhdistämällä kevyitä alkuaineita vakaammiksi, lujemmin sitoutuneiksi alkuaineiksi kuten vetyäheliumiksi.Fissio puolestaan tuottaa energiaa halkaisemalla raskaita alkuaineita kutenuraania taiplutoniumia tiukemmin sitoutuneiksi stabiileiksi alkuaineiksi.
Sidottu systeemi on alemmalla energiatasolla, joten sen massan täytyy olla pienempi kuin sen muodostavien yksittäisten ei-sidottujen osien massojen summa. Ytimen sidosenergia voidaan laskea ytimen massan ja sen muodostavien protoneiden ja neutroneiden massojen erotuksena. Kun tämämassavaje tiedetään, voidaan Einsteinin kaavaa (E = mc²) käyttäen laskea minkä tahansa ytimen sidosenergia.
Energiamäärä, joka joko vapautuu tai sitoutuufuusio- taifissioreaktiossa, on reaktiossa käytetynpolttoaineen sidosenergian ja fuusio-/fissiotuotteiden sidosenergioiden erotus.
Deuteroni ondeuteriumatomin ydin ja se koostuu yhdestä protonista ja yhdestä neutronista. Rakenneosien massat ovat:
Deuteronin massa on deuteriumin massa vähennettynä elektronin massalla:
Massan erotus = 2.015941 - 2.013553 = 0.002388 u, ja muunnos lepomassan ja energian välillä on 931.494MeV/u, joten deuteronin sidosenergia on
Toisin ilmaistuna sidosenergia on 0,1 % massaa vastaavasta kokonaisenergiasta, eli 90 TJ/kg.
Taulukko yleisimmistä sidosenergioista ja niiden pituuksista:[3]
| Sidos | Pituus (pm) | Energia (kJ/mol) |
|---|---|---|
| Vety | ||
| H-H | 74 | 436 |
| H-O | 96 | 366 |
| H-F | 92 | 568 |
| H-Cl | 127 | 432 |
| Hiili | ||
| C-H | 109 | 413 |
| C-C | 157 | 348 |
| C-C= | 151 | |
| =C-C≡ | 147 | |
| =C-C= | 148 | |
| C=C | 134 | 614 |
| C≡C | 120 | 839 |
| C-N | 147 | 308 |
| C-O | 143 | 360 |
| C-F | 134 | 488 |
| C-Cl | 177 | 330 |
| Typpi | ||
| N-H | 101 | 391 |
| N-N | 145 | 170 |
| N≡N | 110 | 945 |
| Happi | ||
| O-O | 148 | 145 |
| O=O | 121 | 498 |
| Halogeenit | ||
| F-F | 142 | 158 |
| Cl-Cl | 199 | 243 |
| Br-H | 141 | 366 |
| Br-Br | 228 | 193 |
| I-H | 161 | 298 |
| I-I | 267 | 151 |
