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766 Capítulo 39 La física nuclear y el núcleo

Defecto de masa y energía de enlace

Uno de los hechos sorprendentes que es posible demostrar con un espectrómetro de masas es
que la masa de un núcleo no es exactamente igual a la suma de las masas de sus nucleones.
Consideremos, por ejemplo, el átomo de helio ÍHe, que tiene dos electrones alrededor del
núcleo, el cual contiene dos protones y dos neutrones. La masa atómica se busca en la tabla
periódica y es de 4.0026 u.
Ahora hay que comparar este valor con la masa de todas las partículas individuales que
forman el átomo:
2p = 2(1.007276 u) = 2.014552 u
2n = 2(1.008665 u) = 2.017330 u
2e = 2(0.00055 u) = 0.001100 u
Masa total = 4.032982 u
La masa de las partes (4.0330 u) es aparentemente mayor que la masa del átomo
(4.0026 u).
= 4.0330 u - 4.0026 u
= 0.0304 u
Cuando se unen los protones y los neutrones para formar un núcleo de helio, la masa
disminuye durante el proceso. Esta diferencia se llama defecto de masa. Se puede demostrar
que el defecto de masa existe para los átomos de todos los elementos.
El defecto de masa se define como la diferencia entre la masa en reposo de un
núcleo y la suma de las masas en reposo de los nucleones que lo forman.

Hemos visto a partir de los trabajos de Einstein que la masa y la energía son equivalentes.
Por tanto, podemos suponer que la masa disminuye al unirse los nucleones y da por resultado
una disminución en la energía. Puesto que la energía se conserva, una disminución de energía
del sistema significa que debe liberarse energía al unirse el sistema. En el caso del helio, esta
energía podría provenir de una masa de 0.0304 u y sería igual a
931 MeV
E = me2 = (0.0304 u)------------ = 28.3 MeV
1 u
A la energía total que debería liberarse si en efecto pudiéramos construir un núcleo a par­
tir de protones y neutrones se le conoce como energía de enlace del núcleo. Como ya hemos
visto, la energía de enlace del iHe es 28.3 MeV, lo cual se ilustra en la figura 39.3a.
También se puede invertir el proceso anterior y enunciar que la energía de enlace es la
energía requerida para romper el núcleo y separarlo en las partículas que lo integran.

(a) 28.3 MeV emitidos (b) 28.3 MeV absorbidos
Figura 39.3 (a) Cuando dos protones y dos neutrones se fusionan para formar un núcleo de helio, se libera
energía, (b) La misma cantidad de energía se requiere para separar el núcleo en los nucleones que lo forman.