Energia de ligação nuclear
A energia de ligação nuclear é a energia necessária para separar um núcleo em protões e neutrões livres. Está ligada ao defeito de massa: o núcleo ligado tem uma massa de repouso inferior à soma das massas desses nucleões quando livres.
Do defeito de massa à energia de ligação
Δm = Zmp + Nmn − mnúcleo.
B = Δmc².
Se forem usadas massas atómicas tabeladas em vez de massas de núcleos sem eletrões, as massas eletrónicas devem ser tratadas de forma consistente para comparar os mesmos constituintes dos dois lados.
A energia de ligação por nucleão permite comparar tamanhos diferentes
A energia total de ligação tende naturalmente a crescer com A, por isso B/A é mais útil em comparações gerais. Aumenta rapidamente entre núcleos leves, atinge um máximo amplo na região ferro–níquel e diminui gradualmente para núcleos muito pesados.
Porque é que a curva tem esta forma
A interação nuclear forte é de curto alcance e aproximadamente saturante: um nucleão interage sobretudo com os nucleões próximos, e não igualmente com todos os nucleões do núcleo. A repulsão de Coulomb protão-protão atua a maior distância e torna-se mais importante à medida que Z cresce. Efeitos de superfície, equilíbrio neutrão-protão, emparelhamento e estrutura de camadas acrescentam detalhes.
Um B/A elevado não garante estabilidade
Um nuclídeo pode estar relativamente bem ligado e ainda assim ter uma transição radioativa energeticamente permitida. A estabilidade depende de existir ou não um estado de energia inferior acessível e da probabilidade quântica da transição. O decaimento alfa pode ser extremamente lento mesmo quando energeticamente permitido devido ao tunelamento através de uma barreira de Coulomb.
Use B/A para tendências e B para uma separação real. A energia de ligação por nucleão é uma média útil para comparar núcleos de tamanhos diferentes; não é a energia necessária para remover um protão ou neutrão específico. As energias de separação dependem detalhadamente dos núcleos inicial e final e podem diferir bastante de B/A, sobretudo perto de fechos de camada ou dos limites de estabilidade.
Exemplos resolvidos
1. Energia total de ligação
Se A = 20 e B/A = 8,0 MeV, então B = 160 MeV.
2. Defeito de massa
Uma energia de ligação de 28,3 MeV corresponde a Δm ≈ 28,3/931,5 = 0,0304 u.
3. Direção energética
Se os reagentes têm em média 7,6 MeV por nucleão e os produtos 8,4 MeV por nucleão para o mesmo A total, os produtos estão mais fortemente ligados e o processo pode libertar energia.