Defecto másico isotópico

    Diferencia entre la masa real de un átomo y el valor calculado como la suma de las masas de los protones, neutrones y electrones que lo constituyen.

    El núcleo de los átomos está formado por protones y neutrones, partículas que, genéricamente, se llaman nucleones.

    Aunque los neutrones no poseen carga alguna, los protones presentan carga positiva, por lo que, según la ley de Coulomb, desarrollarían fuerzas repulsivas entre sí que tenderían a alejarles, impidiéndoles así estar juntos para constituir los núcleos. Sin embargo, esta ley no se cumple y en los núcleos atómicos coexisten protones a distancias cercanas al fermi (1 fermi = 10-15 metros), la única explicación posible a este hecho es la existencia de una fuerza de características especiales. A esta fuerza se la conoce con el nombre de fuerza de interacción nuclear fuerte y tiene las siguientes propiedades:

    ·      Es de gran intensidad y su acción afecta a todos los nucleones.

    ·      Sólo aparece cuando la distancia entre partículas es del orden de un fermi.

    ·      Su acción atractiva tiene un límite. Si éste se sobrepasa y la distancia entre partículas es menor que un cierto valor, se convierte en fuerza repulsiva.

    En todo átomo, el número de protones residentes en su núcleo es igual al número de electrones que hay en su corteza, con lo que la carga neta de toda estructura atómica es nula. A ese número, bien de protones o de electrones, característico de cada especie química, se le denomina número atómico y suele designarse por Z.

    Átomos de un mismo elemento, y por consiguiente del mismo número atómico, pueden diferir en el número de neutrones que posean, apareciendo así variedades que se denominan isótopos del elemento en cuestión.

    Se denomina masa atómica o número másico de un elemento, M, a la suma del número de protones y neutrones que posea. Cuando el átomo tiene isótopos, que es el caso más frecuente, la masa atómica es la media ponderada de las masas atómicas de éstos. Los coeficientes de ponderación o pesos son los distintos porcentajes en que se hallan los isótopos.

    Si se calcula la masa de un átomo a partir de los protones, electrones y neutrones que posee y se compara ésta con la masa que se determina experimentalmente mediante métodos espectrométricos, veremos que ésta última es inferior a la primera o, lo que es equivalente, veremos que la formación de la estructura atómica se ha verificado con pérdida de masa. A esta pérdida de masa se denomina defecto másico.

    Por ejemplo, el helio, formado por dos electrones (cada uno de masa 0,000148), dos protones (cada uno de masa 1,00758) y dos neutrones (cada uno de masa 1,00893), tendría la siguiente masa atómica teórica:

    Su masa atómica determinada experimentalmente es:

    Luego, el defecto másico es:

    La pérdida de masa se traduce, según demostró Albert Einstein, en la aparición de una cantidad de energía, cifrada en:

    En general, cada u.m.a (unidad de masa atómica) libera 931,5 MeV, por lo que, si utilizamos esta unidad:

    Esta energía desprendida, a costa del defecto másico, se utiliza para la formación del núcleo, por lo que también recibe el nombre de energía de enlace o ligadura.

    Un dato interesante es la llamada energía de enlace por nucleón, la cual se obtiene dividiendo la energía de ligadura por el número de nucleones presentes en el núcleo del átomo. Lógicamente, esta energía es la que hay que poner en juego si se desea extraer un nucleón de su núcleo.

    Aunque en los núcleos ligeros (de masa atómica inferior a 10), la energía por nucleón va aumentando de forma importante, a partir de esa masa atómica se estabiliza y es prácticamente la misma en todos los elementos, mostrando un máximo para el número másico de valor 62.