Bindungsenergie ist die Energie, die benötigt wird, um ein Teilchen aus einem Atom zu entfernen. Jeder Teil eines Atoms hat Bindungsenergie, aber der Begriff wird allgemein verwendet, um sich auf die Energie zu beziehen, die erforderlich ist, um den Kern eines Atoms zu spalten. Diese Energie ist ein wesentlicher Bestandteil der Diskussionen über Kernspaltung und -fusion. Die Elektronenbindungsenergie wird häufiger als Ionisierungsenergie bezeichnet.
Die Energie in Kernbindungen kann beobachtet werden, indem man die Masse eines Atoms misst, die kleiner ist als die Summe der Massen seiner Bestandteile. Dies liegt daran, dass ein Teil der Masse der Kernteilchen nach der Gleichung E=mc2 in Energie umgewandelt wird. Die fehlende Masse ist die Quelle der Bindungsenergie. Die kleinsten Atome haben die niedrigste Kernbindungsenergie. Es neigt dazu, mit der Ordnungszahl bis zum Eisen zu steigen, das die höchste Bindungsenergie hat; größere Atome sind instabiler.
Kerne bestehen aus Protonen und Neutronen. Ähnliche Ladungen stoßen ab. Protonen sind positiv geladen und Neutronen, die neutral sind, liefern keine ausgleichende negative Ladung. Die Bindungen des Kerns müssen stark genug sein, um die abstoßenden Kräfte der positiven Ladungen auf die Protonen zu überwinden. Folglich ist in diesen Bindungen eine große Energiemenge gespeichert.
Die Prozesse der Kernspaltung und -fusion beruhen auf der Freisetzung nuklearer Bindungsenergie. Bei der Fusion verbinden sich Deuterium, ein Wasserstoffatom mit einem Neutron, und Tritium, ein Wasserstoffatom mit zwei Neutronen, zu einem Heliumatom und einem Ersatzneutron. Die Reaktion setzt Energie frei, die der Differenz zwischen der Bindungsenergie vor und nach der Fusion entspricht. Bei der Spaltung spaltet sich ein großes Atom wie Uran in kleinere Atome. Der sich zersetzende Kern setzt Neutronenstrahlung und große Energiemengen aus der sich ändernden Stärke der Kernbindungen in den neuen Atomen frei.
Die Ionisierungsenergie eines Elektrons hängt von der Art des Atoms ab, von dem es getrennt wird, und der Anzahl der Elektronen, die zuvor von diesem Atom entfernt wurden. Das Entfernen äußerer Elektronen erfordert weniger Energie als das Entfernen innerer, und es wird mehr Energie benötigt, um ein Paar aufzuspalten, als ein einzelnes Elektron zu entfernen. Der Unterschied der Ionisierungsenergien ist der Grund dafür, dass einige Konfigurationen stabiler sind als andere: Je höher die nächste Ionisierungsenergie, desto stabiler ist der Zustand des Atoms. In der Natur dominieren stabile Verbindungen; Ionisierungsenergien formen buchstäblich die Welt.