En física y química, el defecto de masa es la diferencia entre la masa de un átomo y la suma de las masas de sus componentes.
Por ejemplo, la masa de un átomo de helio medida por observaciones experimentales es de 4.0026 u, sin embargo la suma de los 2 protones, neutrones y electrones que lo componen es de 4.033 u: el átomo tiene 0.0304u menos de masa que la suma de sus componentes. Esta diferencia es la misma si el átomo no tuviera electrones, por lo que se suele hablar del defecto de masa de núcleos en vez de átomos.
El defecto de masa de un núcleo está presente como energía, llamada energía de enlace. La energía puede convertirse en masa si el núcleo fuera a separarse y viceversa, la masa-energía del defecto es equivalente a la del enlace.[1]
Esta energía es una medida de las fuerzas que mantienen a los nucleones juntos, representa la energía que debe ser suministrada por el medio ambiente si el núcleo fuera a dividirse.
Análisis matemático
Comparando las ecuaciones para el defecto de masa y energía de enlace:
se obtiene una expresión que relaciona los defectos de masa del protón y del neutrón con el defecto de masa d(Z,N) del núcleo.
Se obtiene:
Entonces:
Dado que A= Z+N, la energía de ligadura resulta ser,
Ejemplo: Si se comparan las masas de neutrones y protones en MeV con la del hidrógeno-2 (deuterio) ionizado se puede obtener la energía de ligadura. Se han utilizado las tablas del National Nuclear Data Center el 23 de septiembre de 2008 en Wayback Machine. y que una unidad de masa atómica (uma) o u corresponde a 931.944 MeV/c2
Como ejemplo adicional, el exceso de masa corresponde a lo siguiente.
Lo anterior confirma la diferencia entre estos criterios experimentales. También se obtiene un resultado positivo lo cual indica que existe una cierta cantidad de materia que en el proceso de formación del núcleo se ha transformado, mediante la famosa ecuación , en energía que liga el núcleo. Los datos de la masa nuclear y la energía de ligadura son fundamentales a la hora de estudiar los distintos procesos de decaimiento nuclear posibles (desintegración del núcleo en otro u otros de mayor energía de ligadura por nucleón).
Para el caso del deuterón podemos ver que la energía de ligadura repartida entre las partículas constituyentes es de aproximadamente 1 MeV, lo cual es relativamente poco, y de hecho se comprueba que se trata de un núclido poco ligado, que no posee estados excitados, por lo que un depósito de energía de esta magnitud lo desintegraría en neutrón y protón.
El valor máximo de energía de ligadura por nucleón se encuentra en la zona del hierro-níquel, con unos 8 MeV por partícula, por lo que éstos son los núcleos más ligados. Es decir que para átomos más pesados que el hierro la energía de ligadura repartida entre los nucleones constituyentes de los núcleos (protones y neutrones) es menor. Esto significa además que ningún proceso de fusión nuclear puede ser exoenergético más allá de la zona del Fe o Ni, ya que llevaría a las partículas a un estado de menor ligadura, para lo cual se requiere energía.
Esto tiene repercusión en el desarrollo estelar, ya que una estrella no puede obtener energía fusionando núcleos más pesados que el hierro, por lo que cuando llega a este punto en su evolución, en la que ha agotado el combustible de fusión más ligero, como H, He, C, etc, se vuelve incapaz de generar energía que contenga su contracción gravitatoria, lo que la vuelve inestable.
Tsokos, George A. (Primera edición 1998, cuarta edición 2005). «6.3». Physics for the IB Diploma (fourth edition). United Kingdom: Cambridge University Press. p. 358. ISBN9780521604055.
Datos:Q26897126
Marcha 01, 2022
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En fisica y quimica el defecto de masa es la diferencia entre la masa de un atomo y la suma de las masas de sus componentes d m a s a t o t a l d e n u c l e o n e s m a s a d e n u c l e o displaystyle delta masa total de nucleones masa de nucleo Por ejemplo la masa de un atomo de helio medida por observaciones experimentales es de 4 0026 u sin embargo la suma de los 2 protones neutrones y electrones que lo componen es de 4 033 u el atomo tiene 0 0304u menos de masa que la suma de sus componentes Esta diferencia es la misma si el atomo no tuviera electrones por lo que se suele hablar del defecto de masa de nucleos en vez de atomos d 4 033 u 4 0026 u 0 0304 u displaystyle delta 4 033u 4 0026u 0 0304u El defecto de masa de un nucleo esta presente como energia llamada energia de enlace La energia puede convertirse en masa si el nucleo fuera a separarse y viceversa la masa energia del defecto es equivalente a la del enlace 1 Esta energia es una medida de las fuerzas que mantienen a los nucleones juntos representa la energia que debe ser suministrada por el medio ambiente si el nucleo fuera a dividirse Analisis matematico EditarComparando las ecuaciones para el defecto de masa y energia de enlace d Z N M Z N A u c 2 displaystyle d Z N M Z N Au c 2 M Z N Z m p N m n B Z N c 2 displaystyle M Z N Zm p Nm n B Z N c 2 se obtiene una expresion que relaciona los defectos de masa del proton y del neutron con el defecto de masa d Z N del nucleo d p d 1 0 m p u c 2 displaystyle d p d 1 0 m p u c 2 d n d 0 1 m n n u c 2 displaystyle d n d 0 1 m n nu c 2 Se obtiene M Z N Z u d p c 2 N u d n c 2 B Z N c 2 A u d Z N c 2 displaystyle M Z N Z u d p c 2 N u d n c 2 B Z N c 2 Au d Z N c 2 Entonces Z N u Z d p c 2 N d n c 2 B Z N c 2 A u d Z N c 2 displaystyle Z N u Zd p c 2 Nd n c 2 B Z N c 2 Au d Z N c 2 Dado que A Z N la energia de ligadura resulta ser B Z N Z d p N d n d Z N displaystyle B Z N Zd p Nd n d Z N Ejemplo Si se comparan las masas de neutrones y protones en MeV con la del hidrogeno 2 deuterio ionizado se puede obtener la energia de ligadura Se han utilizado las tablas del National Nuclear Data Center Archivado el 23 de septiembre de 2008 en Wayback Machine y que una unidad de masa atomica uma o u corresponde a 931 944 MeV c2 B Z N m p m n m D c 2 938 2720 M e V 939 5653 M e V 2 014101 u 2 2243 M e V displaystyle B Z N m p m n m D c 2 938 2720MeV 939 5653MeV 2 014101u 2 2243MeV Como ejemplo adicional el exceso de masa corresponde a lo siguiente d 1 1 M D A u c 2 2 014101 u 2 u c 2 0 014101 u 13 1357 M e V displaystyle d 1 1 M D Au c 2 2 014101u 2u c 2 0 014101u 13 1357MeV Lo anterior confirma la diferencia entre estos criterios experimentales Tambien se obtiene un resultado positivo lo cual indica que existe una cierta cantidad de materia que en el proceso de formacion del nucleo se ha transformado mediante la famosa ecuacion E m c 2 displaystyle E mc 2 en energia que liga el nucleo Los datos de la masa nuclear y la energia de ligadura son fundamentales a la hora de estudiar los distintos procesos de decaimiento nuclear posibles desintegracion del nucleo en otro u otros de mayor energia de ligadura por nucleon Para el caso del deuteron podemos ver que la energia de ligadura repartida entre las particulas constituyentes es de aproximadamente 1 MeV lo cual es relativamente poco y de hecho se comprueba que se trata de un nuclido poco ligado que no posee estados excitados por lo que un deposito de energia de esta magnitud lo desintegraria en neutron y proton El valor maximo de energia de ligadura por nucleon se encuentra en la zona del hierro niquel con unos 8 MeV por particula por lo que estos son los nucleos mas ligados Es decir que para atomos mas pesados que el hierro la energia de ligadura repartida entre los nucleones constituyentes de los nucleos protones y neutrones es menor Esto significa ademas que ningun proceso de fusion nuclear puede ser exoenergetico mas alla de la zona del Fe o Ni ya que llevaria a las particulas a un estado de menor ligadura para lo cual se requiere energia Esto tiene repercusion en el desarrollo estelar ya que una estrella no puede obtener energia fusionando nucleos mas pesados que el hierro por lo que cuando llega a este punto en su evolucion en la que ha agotado el combustible de fusion mas ligero como H He C etc se vuelve incapaz de generar energia que contenga su contraccion gravitatoria lo que la vuelve inestable Vease tambien EditarFisica nuclear Procesos nucleares Astrofisica Equivalencia entre masa y energiaReferencias Editar Tsokos George A Primera edicion 1998 cuarta edicion 2005 6 3 Physics for the IB Diploma fourth edition United Kingdom Cambridge University Press p 358 ISBN 9780521604055 Datos Q26897126 Obtenido de https es wikipedia org w index php title Defecto de masa amp oldid 141392791, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,
