Energía de Enlace Nuclear

La estabilidad nuclear se cuantifica mejor en términos de energía de enlace nuclear. Considere el átomo de helio-4, que tiene dos protones, neutrones y electrones. La suma de las masas conocidas de estas partículas es mayor que la masa medida de helio-4 neutro en 0, 0305 unidades de masa atómica.

La diferencia entre las masas atómicas calculadas y medidas experimentalmente, se denomina defecto de masa. La gran cantidad de energía liberada durante la formación de helio-4 es la razón de esta diferencia. La equivalencia masa-energía de Einstein ayuda a estimar el cambio de energía asociado con la pérdida de masa.

Convertir la masa a kilogramos y resolver la ecuación da como resultado las unidades básicas del SI para julios. Es evidente que una enorme cantidad de energía acompaña a este pequeño cambio de masa. La energía liberada cuando los nucleones se unen es la misma que la energía necesaria para romper ese núcleo en sus protones y neutrones constituyentes y se denomina energía de enlace nuclear.

Para el helio, esto es 2, 74 terajulios por mol. Dividir por el número de Avogadro da 4, 55 picojulios para la energía de enlace nuclear por núcleo de helio. Esto a menudo también se expresa en electronvoltios.

Para el helio-4, esto resulta ser 28, 4 megaelectronvoltios por núcleo. Cuando se divide por el número de nucleones, 4, se obtiene la energía de enlace nuclear por nucleón. El gráfico de energía de unión nuclear por nucleón frente al número de masa representa las estabilidades comparativas de los núclidos.

Los elementos con números de masa que oscilan entre 40 y 100 tienen la energía de unión por el nucleón más alta, y el hierro-56 tiene la masa más baja por nucleón. Para lograr la estabilidad, los núcleos pesados tienden a fragmentarse en núcleos de tamaño mediano a través de un proceso exotérmico llamado fisión, mientras que los núcleos más ligeros se combinan a través del proceso de fusión.