L’energia di legame è l’energia necessaria per rimuovere una particella da un atomo. Ogni parte di un atomo ha energia di legame, ma il termine è comunemente usato per riferirsi all’energia necessaria per dividere il nucleo di un atomo. Questa energia è parte integrante delle discussioni sulla fissione e la fusione nucleari. L’energia di legame degli elettroni è più comunemente chiamata energia di ionizzazione.
L’energia nei legami nucleari può essere osservata misurando la massa di un atomo, che è inferiore alla somma della massa dei suoi componenti. Questo perché parte della massa delle particelle nucleari viene convertita in energia secondo l’equazione E=mc2. La massa mancante è la fonte dell’energia di legame. Gli atomi più piccoli hanno l’energia di legame nucleare più bassa. Tende ad aumentare con il numero atomico fino al ferro, che ha l’energia di legame più alta; gli atomi più grandi sono più instabili.
I nuclei sono fatti di protoni e neutroni. Accuse simili respingono. I protoni sono caricati positivamente e i neutroni, che sono neutri, non forniscono alcuna carica negativa di bilanciamento. I legami del nucleo devono essere abbastanza forti da vincere le forze repellenti delle cariche positive sui protoni. Di conseguenza, c’è una grande quantità di energia immagazzinata in quei legami.
I processi di fissione e fusione nucleari si basano sul rilascio di energia di legame nucleare. Nella fusione, il deuterio, un atomo di idrogeno con un neutrone, e il trizio, un atomo di idrogeno con due neutroni, si legano per formare un atomo di elio e un neutrone di riserva. La reazione rilascia energia pari alla differenza tra l’energia di legame prima e dopo la fusione. Nella fissione, un atomo grande, come l’uranio, si divide in atomi più piccoli. Il nucleo in decomposizione rilascia radiazioni di neutroni e grandi quantità di energia dalla forza mutevole dei legami nucleari nei nuovi atomi.
L’energia di ionizzazione di un elettrone varia in base al tipo di atomo da cui viene separato e al numero di elettroni che sono stati rimossi da quell’atomo in precedenza. La rimozione degli elettroni esterni richiede meno energia rispetto alla rimozione di quelli interni ed è necessaria più energia per dividere una coppia che per rimuovere un elettrone solitario. La differenza nelle energie di ionizzazione è il motivo per cui alcune configurazioni sono più stabili di altre: maggiore è l’energia di ionizzazione successiva, più stabile è lo stato dell’atomo. I composti stabili dominano in natura; le energie di ionizzazione modellano letteralmente il mondo.