Albert Einstein zei in zijn Speciale Relativiteitstheorie dat massa en energie equivalent zijn en naar elkaar kunnen worden omgezet. Hier komt de uitdrukking E = mc ^ 2 vandaan, waarin E staat voor energie, m staat voor massa en c staat voor de snelheid van het licht. Dit is de basis voor kernenergie, waarin de massa in een atoom kan worden omgezet in energie. Energie wordt ook buiten de kern gevonden door subatomaire deeltjes die samen worden gehouden door de elektromagnetische kracht.

Elektronenergieniveaus

Energie kan worden gevonden in de elektronenorbitalen van een atoom, op zijn plaats gehouden door de elektromagnetische kracht. Negatief geladen elektronen draaien rond een positief geladen kern en afhankelijk van hoeveel energie ze bezitten, worden ze gevonden in verschillende orbitale niveaus. Wanneer sommige atomen energie absorberen, wordt gezegd dat hun elektronen "opgewonden" zijn en naar een hoger niveau springen. Wanneer de elektronen terugvallen naar hun oorspronkelijke energietoestand, zullen ze energie uitstralen in de vorm van elektromagnetische straling, meestal als zichtbaar licht of warmte. Bovendien, wanneer elektronen worden gedeeld met die van een ander atoom in het proces van covalente binding, wordt energie opgeslagen binnen de bindingen. Wanneer die bindingen worden verbroken, wordt energie vervolgens vrijgegeven, meestal in de vorm van warmte.

Kernenergie

Het grootste deel van de energie die in een atoom kan worden gevonden, is in de vorm van kernmassa. De kern van een atoom bevat protonen en neutronen, die bij elkaar worden gehouden door de sterke kernkracht. Als die kracht zou worden verstoord, zou de kern uit elkaar scheuren en een deel van zijn massa vrijgeven als energie. Dit staat bekend als splijting. Een ander proces, bekend als fusie, vindt plaats wanneer twee kernen bij elkaar komen om een ​​stabielere kern te vormen, waardoor energie vrijkomt in het proces.

Einsteins relativiteitstheorie

Dus hoeveel energie wordt opgeslagen in de kern van een atoom? Het antwoord is vrij veel, vergeleken met hoe klein het deeltje eigenlijk is. Einsteins speciale relativiteitstheorie omvat de vergelijking E = mc ^ 2, wat betekent dat de energie in materie equivalent is aan zijn massa vermenigvuldigd met het kwadraat van de snelheid van het licht. Specifiek, de massa van een proton is 1.672 x 10 ^ -27 kilogram, maar het bevat 1.505 x 10 ^ -10 joules. Dit is nog steeds een klein aantal, maar wanneer het in echte termen wordt uitgedrukt, wordt het enorm. De kleine hoeveelheid waterstof in een liter water is bijvoorbeeld ongeveer 0,111 kilogram. Dit komt overeen met 1 x 10 ^ 16 joules, of de energie die wordt geproduceerd door het verbranden van een miljoen liter benzine.

Kernenergie

Omdat de omzetting van massa in energie zo'n duizelingwekkende hoeveelheid energie oplevert energie van relatief kleine massa's, dit is een verleidelijke brandstofbron. Het kan echter een uitdaging zijn om de reactie onder veilige en gecontroleerde omstandigheden te laten plaatsvinden. De meeste kernenergie komt van de splijting van uranium in kleinere deeltjes. Dit veroorzaakt geen vervuiling, maar het produceert gevaarlijk radioactief afval. Toch is kernenergie verantwoordelijk voor iets minder dan 20 procent van de stroombehoefte van de Verenigde Staten.