Muy penetrante que era capaz de ionizar el gas y provocar fluorescencia en él. Puesto que desconocía el origen de esta radiación, le dio el nombre de rayos X




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títuloMuy penetrante que era capaz de ionizar el gas y provocar fluorescencia en él. Puesto que desconocía el origen de esta radiación, le dio el nombre de rayos X
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N = A - Z




El número atómico se indica en la parte inferior izquierda del símbolo del átomo y el número másico en la parte superior izquierda. Por ejemplo, , es un núcleo de litio formado por ________ protones y ________ neutrones.
Se llama núclido a cada especie nuclear, es decir, al conjunto de núcleos iguales entre sí que tienen el mismo número atómico Z y el mismo número másico A.
Se denominan isótopos a los átomos de un mismo elemento químico que, teniendo lógicamente el mismo número de protones y electrones, tienen distinto número de neutrones. Los isótopos tiene el mismo número atómico, pero distinto número másico.
Mediante experiencias de dispersión de partículas alfa y difracción de electrones se ha comprobado que la mayoría de los núcleos son aproximadamente esféricos. Su radio depende del número másico A:
R  1.2 · 10 – 15 A1/3
Por tanto el volumen del núcleo, V = 4/3 ·  · R3, es proporcional al número másico, es decir, al número de nucleones que contiene.
Como la masa de los átomos es muy pequeña, las unidades ordinarias de masa son demasiado grandes; por ello, para medir la masa de los átomos se emplea otra unidad llamada unidad de masa atómica, que se representa con la letra u, y se define como la doceava parte de la masa del átomo de carbono 12.
Ejercicios

  1. ¿Cuál es la masa de 1 u expresada en kilogramos?

  2. La masa atómica del cloro se obtiene calculando la media ponderada de las masas atómicas de los dos isótopos del cloro. Determina su masa atómica sabiendo que existen dos isótopos, y , cuya abundancia relativa es 77.5 % y 22.5 % respectivamente. ¿Cuál es la composición de los núcleos de ambos isótopos?



12.3.1 Fuerzas nucleares
En el núcleo de los átomos, los nucleones se agrupan de tal modo que la distancia entre ellos es del orden de 10 – 15 m (1 fermi o femtómetro). A esta distancia tan pequeña, la fuerza eléctrica de repulsión entre los protones viene dada por la Ley de Coulomb y es muy grande. La fuerza gravitatoria atractiva entre los mismo protones es despreciable frente a la fuerza eléctrica, pues es unas 1036 veces más pequeña. Por lo tanto, para que los núcleos sean estables, debe existir una tercera fuerza, muy intensa, de corto alcance y atractiva que supere las fuerzas eléctricas de repulsión y mantenga unido al núcleo. De hecho se ha comprobado que existen dos tipos de fuerzas nucleares:


  • La fuerza nuclear fuerte: es responsable de la cohesión del núcleo. Es una fuerza atractiva que se manifiesta entre nucleones con independencia de su carga eléctrica. A distancias muy cortas, es superior a cualquier otro tipo de fuerza. Por sí sola, compensa la fuerte repulsión electrostática entre los protones del núcleo. Es de corto alcance, se considera nula para distancias superiores a 10 – 15 m.




  • La fuerza nuclear débil: es responsable de la desintegración  de los núcleos. Se manifiesta sobre todo en partículas no sometidas a la acción de la fuerza nuclear fuerte. A distancias muy cortas, supera en intensidad a la fuerza gravitatoria, pero es más débil que otras interacciones. Es de corto alcance, se considera nula para distancias superiores a 10 – 17 m. De hecho, su actividad se percibe en la franja que va desde los 10 – 15 m hasta los 10 – 17 m, es decir, en los núcleos grandes.



12.4 Estabilidad de los núcleos. Energía de enlace

grupo 36


Al determinar con precisión las masas de los núcleos de los átomos, con un espectrógrafo de masas, se obtuvo un resultado sorprendente. El valor obtenido es siempre inferior a la suma de las masas de los nucleones que lo forman. Es decir, la masa real del núcleo es inferior a la suma de las masas de sus protones y neutrones. Esta diferencia se denomina defecto de masa y se calcula mediante la expresión:

m = Z · mp + (A – Z) · mn - M

siendo mp la masa del protón, mn la masa del neutrón y M la masa del núcleo.
Recurriendo a la fórmula relativista de Einstein, que sugiere que un cambio de energía está asociado a un cambio de masa, la energía equivalente a este defecto de masa es:


E = m · c2


Esta energía se denomina energía de enlace o energía de ligadura del núcleo y es la energía que se libera al formarse el núcleo a partir de los nucleones que lo constituyen. Coincide con la energía que hay que proporcionar al núcleo para poder separar los nucleones que lo forman.
Entre núclidos distintos se observan grandes diferencias en la energía de enlace, que aumenta casi linealmente con el número másico. Para los núcleos estables está comprendida entre los 2.2 MeV para el deuterio y 1640 MeV para el .

Sin embargo, al dividir la energía de enlace por el número másico, es decir, al calcular la energía de enlace por nucleón, se observa que la mayoría de los valores ronda los 8 MeV.
La energía de enlace por nucleón se obtiene dividiendo la energía de enlace del núcleo entre el número de nucleones que contiene y proporciona una información muy importante acerca de la estabilidad del núcleo: cuanto mayor es este cociente, más estable es el núcleo. Al haberse liberado más energía por cada nucleón en la formación del núcleo a partir de los nucleones, también habrá que aportar más energía por nucleón para transformar el núcleo en otro.

Egrupo 31
n la figura se muestra la energía de enlace por nucleón en función del número másico. El valor medio es aproximadamente de 8.3 MeV. La casi horizontalidad de esta curva para A > 56 muestra que la energía de enlace es prácticamente proporcional al número de nucleones. Esto indica que existe una saturación de fuerzas nucleares en el núcleo, como sería el caso en que cada nucleón fuera atraído sólo por sus vecinos más próximos.

De no existir esta saturación, y cada nucleón interactuara con todos los restantes, existirían A – 1 enlaces por cada nucleón y en total: A · (A – 1) enlaces. La energía de enlace total, que es una medida de la energía necesaria para romper todos los enlaces, sería entonces proporcional a A · (A – 1) y EN no sería constante, sino proporcional a A – 1.

La pendiente elevada de la curva para valores pequeños de A se debe al incremento del número de vecinos más próximos y, por lo tanto, al número creciente de enlaces por nucleón. El decrecimiento gradual para valores elevados de A se debe a la repulsión se Coulomb de los protones, que crece con Z2 y disminuye la energía de enlace. Para valores muy grandes de A esta repulsión de Coulomb se hace tan grande que un núcleo próximo a A = 300 o mayor es inestable y experimenta fisión espontánea.
Como se verá en el próximo apartado, el aumento inicial y la disminución final de la energía de enlace por nucleón permiten explicar el desprendimiento de energía en la fusión de núcleos ligeros para dar uno más pesado, y en la fisión de los núcleos más pesados para dar dos intermedios.
Ejercicios

  1. Calcula el defecto de masa, la energía total de enlace y la energía de enlace por nucleón del isótopo de masa atómica 15.0001 u.

Datos: mp = 1.0073 u; mn = 1.0087 u; 1 u = 1.66 · 10 – 27 kg; c = 3 · 108 m/s

  1. La masa atómica del radio 226 es A(Ra) = 226.0254 u y su número atómico es 88. Halla:

    1. el defecto de masa.

    2. la energía de enlace por nucleón.

      1. Sabiendo que en la siguiente reacción nuclear: se liberan 2.71 MeV por átomo de carbono 12, determina la masa atómica del carbono 13.

Masas atómicas del carbono 12: 12 u; del hidrógeno: 1.0078 u; del deuterio: 2.0141 u.
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