1. El núcleo
Formado por protones ($Z$) y neutrones ($N$); $A = Z+N$ nucleones. Los núcleos se mantienen unidos por la interacción nuclear fuerte.
Defecto de masa y energía de enlace:
La energía de enlace por nucleón mide la estabilidad; es máxima en torno al hierro ($A\approx56$).
2. Radiactividad
| Tipo | Emisión | Cambio |
|---|---|---|
| $\alpha$ | núcleo de He-4 | $A-4$, $Z-2$ |
| $\beta^-$ | electrón (y antineutrino) | $A$ igual, $Z+1$ |
| $\beta^+$ | positrón | $A$ igual, $Z-1$ |
| $\gamma$ | fotón | sin cambio |
Leyes de Soddy-Fajans: se conservan la carga y el número másico.
3. Ejemplos resueltos
Energía de enlace del $^4$He ($m_p=1{,}00728$ u, $m_n=1{,}00866$ u, $m_{He}=4{,}00151$ u).
$\Delta m = 2\cdot1{,}00728+2\cdot1{,}00866-4{,}00151=0{,}03037$ u. $E_b = 0{,}03037\cdot931{,}5 = 28{,}3$ MeV; por nucleón ≈ 7,07 MeV.
Completa: $^{238}_{92}\mathrm{U}\to\ ^{4}_{2}\mathrm{He}+\ ?$ y $^{234}_{90}\mathrm{Th}\to e^-+\ ?$
$^{234}_{90}\mathrm{Th}$; luego $^{234}_{91}\mathrm{Pa}$.
Calcula la energía de enlace por nucleón del deuterio ($m_p=1{,}00728$ u, $m_n=1{,}00866$ u, $m_d=2{,}01355$ u).
$\Delta m=m_p+m_n-m_d=0{,}00239$ u; $E_b=\Delta m\cdot931{,}5=2{,}23\ \mathrm{MeV}$; por nucleón: $1{,}11\ \mathrm{MeV}$
Completa: $^{214}_{83}\mathrm{Bi}\xrightarrow{\beta^-}\ ?$ y $^{226}_{88}\mathrm{Ra}\xrightarrow{\alpha}\ ?$
$^{214}_{83}\mathrm{Bi}\to e^-+\bar\nu+{}^{214}_{84}\mathrm{Po}$; $^{226}_{88}\mathrm{Ra}\to{}^4_2\mathrm{He}+{}^{222}_{86}\mathrm{Rn}$
Indica el número de protones y neutrones de $^{235}_{92}\mathrm{U}$ y de $^{60}_{27}\mathrm{Co}$.
$^{235}_{92}\mathrm{U}$: 92 protones y $235-92=143$ neutrones. $^{60}_{27}\mathrm{Co}$: 27 protones y $60-27=33$ neutrones.
Contenido ampliado de los apuntes completos
4. Física nuclear
El núcleo atómico está formado por protones y neutrones, llamados nucleones. La fuerza nuclear fuerte compensa la repulsión eléctrica entre protones y permite la estabilidad nuclear.
Defecto de masa y energía de enlace
La masa del núcleo es menor que la suma de las masas de sus nucleones separados. La diferencia es el defecto de masa y se relaciona con la energía de enlace:
$E = \Delta m c^2$
Radiactividad
La radiactividad es la desintegración espontánea de núcleos inestables.
- Radiación alfa ($\alpha$): núcleos de helio, poco penetrante.
- Radiación beta ($\beta$): electrones o positrones, penetración intermedia.
- Radiación gamma ($\gamma$): fotones de alta energía, muy penetrantes.
La ley de desintegración radiactiva es:
$N(t) = N_0 e^{-\lambda t}$
y la vida media cumple:
$t_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda}$
Fisión y fusión nuclear
Fisión: un núcleo pesado se divide en otros más ligeros, liberando energía.
Fusión: dos núcleos ligeros se unen formando uno más pesado, proceso responsable de la energía del Sol.