El protón y el neutrón

1 u  1.660 539  1027 kg. Según esta defi nición, el protón y el neutrón tienen cada uno una masa de aproximadamente 1 u, y el electrón tiene una masa que es sólo una pequeña fracción de este valor. Las masas de estas partículas y otras importantes para los fenómenos explicados en este capítulo se proporcionan en la tabla 44.1. Es interesante preguntarse cómo seis protones y seis neutrones, cada uno de ellos con una masa superior a 1 u, pueden combinar seis electrones entre sí para formar un átomo de carbono-12 con una masa de exactamente 12 u. El sistema de enlace del 12C tiene una energía en reposo inferior (sección 39.8) que la correspondiente a seis protones y seis neutrones, todos ellos por separado. De acuerdo con la ecuación 39.24, ER  mc2, esta menor energía en reposo corresponde a una masa también menor para el sistema de enlace. La diferencia en masa explica la energía de union cuando las partículas se combinan para formar el núcleo. Este punto se explica con mayor detalle en la sección 44.2. A menudo resulta conveniente expresar la unidad de masa atómica en función de su equivalente de energía en reposo. Para la unidad de masa atómica ER mc2 11.660 539 10 27 kg212.997 92 108 m>s22 931.494 MeV en donde se ha utilizado la conversión 1 eV  1.602 176  1019 J. A partir de la expresión de la energía en reposo de la ecuación 39.24, los físicos nucleares a menudo expresan la masa en términos de la unidad MeV/c2.

Sección 44.1 Algunas propiedades de los núcleos 1295

TABLA 44.1 Masas de partículas seleccionadas en diferentes unidades de medición Masa Partícula kg u MeV/c2 Protón 1.672 62  1027 1.0072 76 938.28 Neutrón 1.674 93  1027 1.0086 65 939.57 Electrón 9.109 39  1031 5.4857 9  104 0.510999 Átomo 1 1H 1.673 53  1027 1.0078 25 938.783 Núcleo 4 2He 6.644 66  1027 4.0015 06 3727.38 Átomo 12 6C 1.992 65  1027 12.0000 00 11177.9

EJEMPLO 44.1 La unidad de masa atómica Use el número de Avogadro para demostrar que 1 u  1.66  1027 kg.

SOLUCIÓN Conceptualizar A partir de la definición de mol dada en la sección 19.5, se sabe que exactamente 12 g ( 1 mol) de 12C contiene el número de átomos de Avogadro.

Categorizar Se evalúa la unidad de masa atómica que se introdujo en esta sección, así que este ejemplo se clasifica como un problema de sustitución.

Encuentre la masa m de un átomo de 12C:

Puesto que se define que un átomo de 12C tiene una masa de 12.0 u, divida entre 12.0 para encontrar la masa equivalente a 1 u:

m

0.012 kg 6.02 1023 átomos

1.99 10 26 kg

1 u

1.99 10 26 kg 12.0

1.66 10 27 kg

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1296 Capítulo 44 Estructura nuclear

El tamaño y la estructura de los núcleos En los experimentos de dispersión de Rutherford se lanzaban núcleos con carga positiva de átomos de helio (partículas alfa) contra una delgada laminilla de metal. Conforme las partículas alfa pasaban a través de ella, a menudo pasaban cerca de un núcleo metálico. Debido a las cargas positivas presentes tanto en las partículas incidentes como en los núcleos, las partículas se desviaban de sus trayectorias

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