Energía de enlace nuclear
La energía de enlace nuclear es la energía necesaria para separar un núcleo en protones y neutrones libres. Está relacionada con el defecto de masa: el núcleo ligado tiene una masa en reposo menor que la suma de las masas de esos nucleones libres.
Del defecto de masa a la energía de enlace
Δm = Zmp + Nmn − mnúcleo.
B = Δmc².
Si se utilizan masas atómicas tabuladas en lugar de masas de núcleos desnudos, las masas de los electrones deben tratarse de forma coherente para comparar los mismos constituyentes a ambos lados.
La energía de enlace por nucleón permite comparar núcleos de distinto tamaño
La energía de enlace total tiende naturalmente a crecer con A, por lo que B/A resulta más útil para comparaciones generales. Aumenta con rapidez en núcleos ligeros, alcanza un máximo amplio en la región hierro–níquel y disminuye gradualmente para núcleos muy pesados.
Por qué la curva tiene esa forma
La interacción nuclear fuerte es de corto alcance y aproximadamente saturante: un nucleón interactúa sobre todo con los nucleones próximos, no por igual con todos los del núcleo. La repulsión de Coulomb entre protones tiene mayor alcance y se vuelve más importante al crecer Z. Los efectos de superficie, el equilibrio neutrón-protón, el apareamiento y la estructura de capas introducen detalles adicionales.
Un B/A alto no garantiza la estabilidad
Un núclido puede estar relativamente bien ligado y, aun así, disponer de una transición radiactiva energéticamente permitida. La estabilidad depende de si existe un estado de menor energía accesible y de la probabilidad cuántica de la transición. Una desintegración alfa puede ser extraordinariamente lenta aunque esté permitida energéticamente, debido al túnel cuántico a través de la barrera de Coulomb.
B/A sirve para estudiar tendencias; B sirve para separar realmente el núcleo. La energía de enlace por nucleón es un promedio útil para comparar tamaños distintos, pero no es la energía necesaria para arrancar un protón o un neutrón concreto. Las energías de separación dependen de los núcleos inicial y final y pueden diferir mucho de B/A, sobre todo cerca de cierres de capas o de los límites de estabilidad.
Ejemplos resueltos
1. Energía de enlace total
Si A = 20 y B/A = 8,0 MeV, entonces B = 160 MeV.
2. Defecto de masa
Una energía de enlace de 28,3 MeV corresponde a Δm ≈ 28,3/931,5 = 0,0304 u.
3. Sentido energético
Si los reactivos tienen en promedio 7,6 MeV por nucleón y los productos 8,4 MeV por nucleón para el mismo A total, los productos están más fuertemente ligados y el proceso puede liberar energía.