L’énergie de liaison est l’énergie nécessaire pour retirer une particule d’un atome. Chaque partie d’un atome a une énergie de liaison, mais le terme est couramment utilisé pour désigner l’énergie nécessaire pour diviser le noyau d’un atome. Cette énergie fait partie intégrante des discussions sur la fission et la fusion nucléaires. L’énergie de liaison des électrons est plus communément appelée énergie d’ionisation.
L’énergie des liaisons nucléaires peut être observée en mesurant la masse d’un atome, qui est inférieure à la somme de la masse de ses composants. En effet, une partie de la masse des particules nucléaires est convertie en énergie selon l’équation E=mc2. La masse manquante est la source de l’énergie de liaison. Les atomes les plus petits ont la plus faible énergie de liaison nucléaire. Il a tendance à augmenter avec le numéro atomique jusqu’au fer, qui a l’énergie de liaison la plus élevée ; les atomes plus gros sont plus instables.
Les noyaux sont constitués de protons et de neutrons. Des charges similaires repoussent. Les protons sont chargés positivement et les neutrons, qui sont neutres, ne fournissent aucune charge négative d’équilibrage. Les liaisons du noyau doivent être suffisamment fortes pour vaincre les forces répulsives des charges positives sur les protons. Par conséquent, il y a une grande quantité d’énergie stockée dans ces liaisons.
Les processus de fission et de fusion nucléaires reposent sur la libération d’énergie de liaison nucléaire. En fusion, le deutérium, un atome d’hydrogène avec un neutron, et le tritium, un atome d’hydrogène avec deux neutrons, se lient pour former un atome d’hélium et un neutron de réserve. La réaction libère une énergie égale à la différence entre l’énergie de liaison avant et après la fusion. Dans la fission, un gros atome, comme l’uranium, se divise en atomes plus petits. Le noyau en décomposition libère un rayonnement neutronique et de grandes quantités d’énergie à cause de la force changeante des liaisons nucléaires dans les nouveaux atomes.
L’énergie d’ionisation d’un électron varie en fonction du type d’atome dont il est séparé et du nombre d’électrons qui ont été retirés de cet atome auparavant. L’élimination des électrons externes nécessite moins d’énergie que l’élimination des électrons internes, et il faut plus d’énergie pour séparer une paire que pour éliminer un électron isolé. La différence des énergies d’ionisation est la raison pour laquelle certaines configurations sont plus stables que d’autres : plus l’énergie d’ionisation suivante est élevée, plus l’état de l’atome est stable. Les composés stables dominent dans la nature ; les énergies d’ionisation façonnent littéralement le monde.