2. a) Explique los conceptos de energía de enlace nuclear y de defecto de masa.
b) Describa las reacciones de fusión y fisión nucleares y haga una justificación cualitativa a
partir de la curva de estabilidad nuclear.
Prueba de Selectividad, Andalucia, Septiembre 2015-2016, FISICA
Respuestas
a) Explique los conceptos de energía de enlace nuclear y de defecto de masa.
Energía de enlace nuclear.
La energía de enlace nuclear es la cantidad de energía que es necesaria para descomponer un objeto en sus componentes más elementales (Partículas sub-atómicas). Es la cantidad de energía mecánica necesaria para vencer la energía electromagnética que mantiene unidos a los electrones con sus núcleos de dicho cuerpo.
También existe otro tipo de energía de enlace que aparece cuando se forman los núcleos de un átomo, esta energía es de tipo nuclear con una interacción entre partículas que es muy fuerte. En otros términos es la energía necesaria para separar cada protón y neutrón existente en un átomo.
Defecto de masa.
El defecto de masa o déficit de masa ocurre cuando en la creación de un núcleo atómico, la cantidad de masa que poseen las partículas por separado es mayor que la masa del sistema compuesto por todas las partículas. Esta pérdida de masa ocurre cuando se presenta el momento de la excitación nuclear, en ella se libera energía para la conformación del núcleo del átomo, y para ello se debe respetar la ley de la conservación de la energía y transformar energía de su propia masa para crear los enlaces necesarios.
La energía liberada se puede presentar en diferentes formas como:
- Partículas como los fotones.
- Energía cinética para los electrones en capas de energía más bajas.
- La transformación en rayos gamma.
b) Describa las reacciones de fusión y fusión nuclear y haga una justificación cualitativa a partir de la curva de estabilidad nuclear.
Fisión nuclear.
La fisión nuclear es el proceso mediante el cual se divide un núcleo pesado en fragmentos más pequeños, esto se logra mediante el bombardeo con neutrones directamente al núcleo más pesado.
Ejemplo:
(235 – 92) U + (1 – 0)n -> (141 – 56)Ba + (92 – 36)Kr + 3(1 – 0)n
De la curva de estabilidad nuclear se pueden obtener los siguientes datos para la fisión nuclear:
- Como la curva de estabilidad nuclear se representa mediante la energía de enlace por cada nucleón, que a su vez es representado en función al número de masa del elemento, se puede decir que la energía de enlace es menor mientras más número de masa está presente, y por lo tanto es más fácil romper los enlaces y de este modo liberar una gran cantidad de energía.
- El efecto de fisión se logra aportando un neutrón al núcleo, pero este libera una cantidad de 2 o 3 neutrones por lo que se crea un efecto en cadena que crece de forma exponencial.
Fusión nuclear.
La fusión nuclear consiste en crear un núcleo más pesado a partir de núcleos ligeros que colisionan, este proceso se da en las estrellas como el sol, en las que se fusionan las partículas de hidrógeno para producir una partícula de helio.
Ejemplo:
H + H -> H^2 + e + v
H^2 + H -> He^3
He^3 + He^3 -> H^4 + H + H
Gracias a la curva de estabilidad nuclear se puede decir que los elementos más livianos son menos estables que los elementos más pesados como el helio, de esta forma es más difícil lograr una fusión entre el helio que entre hidrógeno.
PRUEBA DE SELECTIVIDAD ANDALUCIA CONVOCATORIA SEPTIEMBRE 2015-2016 FÍSICA.