Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

Energitype lagret inden for en Atom

Albert Einstein sagde i sin særlige relativitetsteori, at masse og energi er ækvivalente og kan omdannes til hinanden. Det er her, hvor udtrykket E = mc ^ 2 kommer fra, hvor E står for energi, m står for masse og c står for lysets hastighed. Dette er grundlaget for atomenergi, hvor massen i et atom kan omdannes til energi. Energi findes også uden for kernen ved at subatomære partikler holdes sammen af ​​den elektromagnetiske kraft.

Elektronenerginiveauer

Energi kan findes i elektronens orbitaler af et atom, der holdes på plads af den elektromagnetiske kraft. Negativt ladede elektroner kredser en positivt ladet kerne, og afhængigt af hvor meget energi de besidder, findes de i forskellige orbitalniveauer. Når nogle atomer absorberer energi, siges deres elektroner at være "spændte" og hoppe til et højere niveau. Når elektronerne falder tilbage til deres indledende energitilstand, udsender de energi i form af elektromagnetisk stråling, oftest som synligt lys eller varme. Når elektroner også deles med dem af et andet atom i processen med kovalent binding, bliver energi lagret inden for bindingerne. Når disse obligationer er brudt, frigives der efterfølgende energi, oftest i form af varme.

Kernenergi

Det meste af den energi, der findes i et atom, er i form af nuklear masse. Kernen i et atom indeholder protoner og neutroner, som holdes sammen af ​​den stærke atomkraft. Hvis denne kraft skulle blive forstyrret, ville kernen rive fra hinanden og frigive en del af sin masse som energi. Dette er kendt som fission. En anden proces, der kaldes fusion, finder sted, når to kerner kommer sammen for at danne en mere stabil kerne, der frigiver energi i processen.

Einsteins Relativitetsteori

Så hvor meget energi opbevares i kernen af ​​et atom? Svaret er ret meget, i forhold til hvor lille partiklen rent faktisk er. Einsteins særlige relativitetsteori indbefatter ligningen E = mc ^ 2, hvilket betyder at energien i materie svarer til dens masse multipliceret med lysets firkant. Specifikt er massen af ​​en proton 1,672 x 10 ^ -27 kg, men den indeholder 1,505 x 10 ^ -10 joules. Dette er stadig et lille antal, men når det udtrykkes i virkelige termer, bliver det stort. Den lille mængde brint i en liter vand er f.eks. Ca. 0,111 kg. Dette svarer til 1 x 10 ^ 16 joules, eller den energi, der produceres ved at brænde en million gallon benzin.

Kernenergi

Fordi omdannelsen af ​​masse til energi giver sådan en svimlende mængde energi fra relativt små masser, dette er en fristende brændstofkilde. Men at få reaktionen til at foregå i sikre og kontrollerede forhold kan være en udfordring. De fleste atomkraft kommer fra fission af uran til mindre partikler. Dette forårsager ikke forurening, men det producerer farligt radioaktivt affald. Alligevel tegner kernekraften for lidt mindre end 20 procent af USAs magtkrav.