Masa Nuclear

Física nuclear

En primer lugar, recordar que se define la unidad de masa atómica, u, como la doceava parte de la masa de un átomo de carbono-12. Como un mol de cualquier sustancia contiene el número de Avogadro de partículas y un mol de 12C tiene una masa de 12 g, podemos afirmar que  1 átomo de 12C tiene una masa de 1,99  10-23 g. Y como una unidad de masa atómica es la doceava parte, entonces 1 u = = 1,66  10-24 g.

La masa del protón es mp = 1,00728 u y la masa del neutrón, mn = 1,00867 u.

Ya sabes que el principio de conservación de la energía, o primer principio de la termodinámica, indica que la energía ni se crea ni se destruye, sólo se puede transformar de unas formas a otras. Se ha constatado experimentalmente que en determinados procesos nucleares la masa y la energía son equivalentes, siendo la expresión que permite calcular dicha equivalencia la famosa ecuación propuesta por A. Einstein, E = m c2, siendo c la velocidad de la luz en el vacío.

Por tanto, una variación en la masa,m, irá acompañada por una variación en la energía, E:

E = m  c2

Defecto de masa. Energía de enlace

Si sumamos las masas de cada una de las partículas que componen un núcleo atómico (por ejemplo, en el núcleo de helio hay dos protones y dos neutrones y por tanto m = 2 mp + 2 mn = 2  1,00728 + 2  1,00867 = 4,03190 u), y esta masa la comparamos con la del núcleo (en el caso del helio es 4,00151), se observa que hay una diferencia (en el caso del helio de 0,03039 u). De acuerdo con estos datos, la masa del núcleo es menor que la suma de las masas que tienen los nucleones cuando están separados. A esta diferencia se le denomina defecto de masa, m.

Si llamamos Z al número atómico del núcleo, A al número másico, m la masa del núcleo, mp la masa del protón y mn la del neutrón, podemos expresar este defecto de masa como:

m = [ Z mp + (A – Z) mn ] – m

Si tuviese lugar la formación del núcleo de helio 2n + 2p  se observaría una disminución de la masa, que produciría una emisión de energía calculable mediante la ecuación de Einstein:

Como m = 0,03039 u,

E = m  c2 =

Esta energía es pequeña porque se ha calculado la energía desprendida al formarse un núcleo. Si en vez de esto se hubiera formado un mol de helio, es decir, 4 g, que son 6,022  1023 núcleos, la energía sería 4,54  10-12 J  6,022  1023 = 2734 GJ.

Si al formarse un núcleo a partir de sus nucleones se desprende una cierta energía, ésta es la misma que se necesita para romperlo en sus componentes. A esta energía se le denomina energía de enlace nuclear, Ee. Si ésta es dividida por el número total de nucleones se obtiene la energía de enlace por nucleón, En,

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