Pernahkah Anda melihat sepotong kayu bakar dan berkata pada diri sendiri, "Wah, saya bertanya-tanya berapa banyak energi yang dibutuhkan untuk memisahkan benda itu"? Kemungkinannya adalah, tidak ada yang Anda miliki, hanya sedikit orang yang melakukannya. Tetapi bagi fisikawan, menanyakan berapa banyak energi yang dibutuhkan untuk memisahkan sesuatu menjadi bagian-bagian komponennya sebenarnya adalah pertanyaan yang cukup penting.
Di bidang fisika, inilah yang dikenal sebagai energi pengikat, atau jumlah energi mekanik yang diperlukan untuk membongkar sebuah atom menjadi bagian-bagian yang terpisah. Konsep ini digunakan oleh para ilmuwan di berbagai tingkatan, yang meliputi tingkat atom, tingkat nuklir, dan dalam astrofisika dan kimia.
Gaya Nuklir:
Seperti yang diketahui oleh siapa saja yang ingat kimia dasar atau fisika, atom terdiri dari partikel subatom yang dikenal sebagai nukleon. Ini terdiri dari partikel bermuatan positif (proton) dan partikel netral (neutron) yang tersusun di tengah (di dalam nukleus). Ini dikelilingi oleh elektron yang mengorbit nukleus dan diatur dalam tingkat energi yang berbeda.
Alasan mengapa partikel-partikel subatom yang memiliki muatan yang berbeda secara fundamental dapat eksis begitu dekat adalah karena kehadiran Gaya Nuklir Kuat - kekuatan fundamental alam semesta yang memungkinkan partikel-partikel subatomik tertarik pada jarak pendek. Gaya inilah yang menetralkan gaya tolak (dikenal sebagai Gaya Coulomb) yang menyebabkan partikel saling tolak.
Oleh karena itu, setiap upaya untuk membagi nukleus ke dalam jumlah yang sama dari neutron dan proton bebas yang tidak terikat - sehingga mereka jauh / cukup jauh satu sama lain sehingga kekuatan nuklir yang kuat tidak dapat lagi menyebabkan partikel berinteraksi - akan memerlukan cukup energi untuk memecah ikatan nuklir ini.
Dengan demikian, energi ikat tidak hanya jumlah energi yang dibutuhkan untuk memutus ikatan gaya nuklir yang kuat, tetapi juga merupakan ukuran kekuatan ikatan yang mengikat nukleon.
Fisi dan Fusion Nuklir:
Untuk memisahkan nukleon, energi harus disuplai ke nukleus, yang biasanya dicapai dengan membombardir nukleus dengan partikel energi tinggi. Dalam kasus membombardir inti atom berat (seperti atom uranium atau plutonium) dengan proton, ini dikenal sebagai fisi nuklir.
Namun, energi ikat juga berperan dalam fusi nuklir, di mana nuklei cahaya bersama (seperti atom hidrogen), terikat bersama di bawah keadaan energi tinggi. Jika energi ikat untuk produk lebih tinggi ketika nuklei ringan berfusi, atau ketika nuklei berat membelah, salah satu dari proses ini akan menghasilkan pelepasan energi ikat "ekstra". Energi ini disebut sebagai energi nuklir, atau secara longgar sebagai tenaga nuklir.
Diamati bahwa massa nukleus apa pun selalu kurang dari jumlah massa nukleon penyusun individu yang menyusunnya. "Hilangnya" massa yang terjadi ketika nukleon dipecah untuk membentuk nukleus yang lebih kecil, atau bergabung untuk membentuk nukleus yang lebih besar, juga dikaitkan dengan energi yang mengikat. Massa yang hilang ini bisa hilang selama proses dalam bentuk panas atau cahaya.
Setelah sistem mendingin ke suhu normal dan kembali ke keadaan dasar dalam hal tingkat energi, ada sedikit massa yang tersisa dalam sistem. Dalam hal itu, panas yang dihilangkan mewakili persis "defisit" massa, dan panas itu sendiri mempertahankan massa yang hilang (dari sudut pandang sistem awal). Massa ini muncul di sistem lain yang menyerap panas dan mendapatkan energi termal.
Jenis Energi Binding:
Sebenarnya, ada beberapa jenis energi pengikat, yang didasarkan pada bidang studi tertentu. Ketika datang ke fisika partikel, energi ikat mengacu pada energi yang diperoleh atom dari interaksi elektromagnetik, dan juga jumlah energi yang diperlukan untuk membongkar atom menjadi nukleon bebas.
Dalam hal menghilangkan elektron dari atom, molekul, atau ion, energi yang dibutuhkan dikenal sebagai "energi pengikat elektron" (alias potensi ionisasi). Secara umum, energi ikat proton atau neutron tunggal dalam nukleus kira-kira satu juta kali lebih besar daripada energi ikat satu elektron dalam atom.
Dalam astrofisika, para ilmuwan menggunakan istilah "energi pengikat gravitasi" untuk merujuk pada jumlah energi yang diperlukan untuk memisahkan (hingga tak terhingga) suatu objek yang dipegang bersama oleh gravitasi saja - yaitu objek bintang seperti bintang, planet, atau komet. Ini juga mengacu pada jumlah energi yang dibebaskan (biasanya dalam bentuk panas) selama pertambahan objek seperti itu dari material yang jatuh dari tak terbatas.
Akhirnya, ada apa yang dikenal sebagai energi "ikatan", yang merupakan ukuran kekuatan ikatan dalam ikatan kimia, dan juga jumlah energi (panas) yang diperlukan untuk memecah senyawa kimia menjadi atom penyusunnya. Pada dasarnya, energi yang mengikat adalah hal yang mengikat Alam Semesta kita bersama. Dan ketika berbagai bagiannya pecah, itu adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk melaksanakannya.
Studi tentang energi ikat memiliki banyak aplikasi, tidak sedikit di antaranya adalah tenaga nuklir, listrik, dan pembuatan bahan kimia. Dan di tahun-tahun dan dekade mendatang, itu akan menjadi intrinsik dalam pengembangan fusi nuklir!
Kami telah menulis banyak artikel tentang energi yang mengikat untuk Space Magazine. Inilah Model Atom Bohr? Apa itu Model Atom John Dalton? Apa itu Model Atom Plum Pudding? Apa itu Massa Atom ?, dan Nuclear Fusion in Stars.
Jika Anda ingin informasi lebih lanjut tentang energi ikat, periksa artikel Hyperphysics tentang Energi Nuklir Mengikat
Kami juga merekam seluruh episode Pelemparan Astronomi tentang Bilangan Penting di Alam Semesta. Dengarkan di sini, Episode 45: Angka Penting di Semesta.
Sumber:
- Wikipedia - Mengikat Energi
- Hyperphysics - Energi Pengikat Nuklir
- Masyarakat Nuklir Eropa - Energi Ikatan
- Encyclopaedia Britannica - Binding Energy
