طاقة الربط

طاقة الارتباط (بالإنجليزية: Binding energy) في علم الفيزياء هي طاقة قوية تربط الجسيمات النووية في النواة بعضها ببعض وهي ذات مدى قصير حيث لا يبدأ الجسيمين بالتجاذب بين بعضهما إلا بعد أن يكونا على بعد 4×10−15 متراً (4×10−5 أنجستروم) تقريباً، وتلك الطاقة تزداد باقتراب الجسيمين من بعضهما البعض. الطاقة الكلية للنواة المترابطة تكون دوماً أقل من مجموع الطاقات لكل جسيم نووي على حدة وهذا الفرق في الطاقة يعرف بانه طاقة الارتباط، لذا يمكن تعريف طاقة الارتباط بشكل أخر ألا وهي الطاقة اللازمة لفصل الجسيمات النووية في النواة عن بعضها.وطاقة ارتباط الإلكترون في الذرة هي الطاقة اللازمة لنزع الإلكترون من مداره.وتقاس طاقة ارتباط الإلكترون بوحدة إلكترون فولت.فطاقة الارتباط لإلكترون في المدار 1s تتناسب مع (Z-1)٢ حسب قانون موزلي. حيث Z هي الرقم الذري. وتبلغ طاقة ارتباط الإلكترون في ذرة الهيدروجين 7و13 كيلو إلكترون فولت.
[عدل]في الفيزياء النووية تعرف قوة الارتباط بأنها الطاقة التي تتحرر عندما يأتي نوكليون إلى النواة ويلتحم فيها. وتكون تلك الطاقة طبقا لتكافؤ الكتلة والطاقة : مصحوبة بنقص في الكتلة الكلية ، يسمى نقص الكتلة.
يتسبب جزء من قوى التآثر القوي في ربط مكونات نواة الذرة من بروتونات ونيوترونات (نوكليونات) مع بعضها البعض . وتعمل ضدها قوة التنافر التي تسببها الشحنات الموجبة للبروتونات طبقا لقانون كولوم فتضعف قوي التجاذب قليلا.
تبين بالبحث العلمي أن البروتون و النيوترون كل منهما مركب من ثلاثة كواركات مختلفة ، وهي جسيمات أولية تفترضها النظرية ، وتربطها قوى التآثر القوي وهي أقوى قوة رابطة نعرفها من ضمن أربعة قوى أساسية تتحكم في الطبيعة ، وهي تآثر ضعيف و تآثر كهرومغناطيسي و الجاذبية بالإضافة إلى التآثر القوي.
يبين الشكل تغير متوسط قوة الارتباط لكل نيوكليون في النواة بتغير الكتلة الذرية للعناصر . نجد من بينها أن طاقة الربط عالية ل الهيليوم-4 وهو أشد الأنوية الذرية تماسكا ، وتعرف أيضا بأنها جسيمات ألفا التي تتكون من بروتونين ونيوترونين . بعده تقل قوة الارتباط بنشأة الليثيوم-6 نسبيا ، ثم تزيد حتى تصل إلى قمة ثانية (بروز) يمثل شدة تماسك نواة الكربون-12 ، وتهبط قليلا بزيادة العدد الذري حتى تصل إلى نهاية عطمى ثالثة ل الأكسجين-16 ، بعدها تتغير طاقة الارتباط لكل نوكليون في النواة الذرية تغيرا طفيفا حتى نصل إلى أثقل العناصر اليورانيوم.
وتصل أكبر طاقة ارتباط لكل نوكليون في نواة الحديد Fe وتبدأ في الانخفاض قليلا ومستمرا بزيادة العدد الذري للعنصر : فكلما زاد عدد البروتونات تزداد تبعا قوي التنافر المتسببة عن الشحنات الموجبة للبروتونات. لذلك يمكن استغلال طاقة الارتباط في إنتاج الطاقة من العناصر الخفيفة بواسطة الاندماج النووي حيث يندمج الهيدروجين مكونا الهيليوم-4 ، ومن العناصر الثقيلة مثل اليورانيوم والثوريوم بواسطة الانشطار النووي حيث تنقسم نواة اليورانيوم-235 إلى نواتين صغيرتين ، قد تبلغ الكتلة الذرية لكل منهما نحو 117 وحدة كتل ذرية ويصدر فرق قوة الارتباط في صورة طاقة نووية ، نستغلها في توليد الكهرباء أو في صناعة القنابل النووية الشديدة الانفجار .