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Energía de enlace
Teoría
2020 · Extraordinaria · Titular
4-a
Examen
a) Dibuje de forma aproximada la gráfica que representa la energía de enlace por nucleón en función del número másico e indique, razonadamente, a partir de ella, dónde están favorecidos energéticamente los procesos de fusión y fisión nuclear.
Energía de enlace por nucleónFisión nuclearFusión nuclear
a) La gráfica que representa la energía de enlace por nucleón (Eb/AE_b/A) en función del número másico (AA) tiene una forma característica: aumenta rápidamente para números másicos bajos, alcanza un máximo alrededor de A56A \approx 56 (núcleos de hierro, Fe\ce{Fe}), y luego disminuye lentamente para números másicos altos.

Esta curva nos indica la estabilidad de los núcleos. Los núcleos con mayor energía de enlace por nucleón son más estables.Los procesos de fusión nuclear están energéticamente favorecidos para los núcleos ligeros, es decir, para valores bajos del número másico (A<56A < 56). Al fusionarse dos núcleos ligeros para formar un núcleo más pesado, se produce un aumento de la energía de enlace por nucleón (la energía liberada por nucleón en el producto de la fusión es mayor que la energía por nucleón de los reactivos). Este incremento de la energía de enlace por nucleón se traduce en una liberación de energía para el sistema. Por ejemplo, la fusión de isótopos de hidrógeno para formar helio (A=4A=4). En el proceso, la energía de enlace por nucleón de los productos es mayor que la de los reactivos, liberándose la energía correspondiente a la diferencia de masa entre reactivos y productos.

2(11H)12D+e++νe2\left(^1_1 H\right) \rightarrow ^2_1 D + e^+ + \nu_e
12D+11H23He+γ^2_1 D + ^1_1 H \rightarrow ^3_2 He + \gamma
23He+23He24He+2(11H)^3_2 He + ^3_2 He \rightarrow ^4_2 He + 2(^1_1 H)

Los procesos de fisión nuclear, por otro lado, están energéticamente favorecidos para los núcleos pesados, es decir, para valores altos del número másico (A>56A > 56). Cuando un núcleo pesado se fisiona en dos o más núcleos más ligeros, los productos resultantes tienen una mayor energía de enlace por nucleón que el núcleo original. Esta diferencia en la energía de enlace por nucleón también se traduce en una liberación neta de energía. Un ejemplo clásico es la fisión del uranio-235 (X235X22235U\ce{^{235}U}) al ser bombardeado por un neutrón, formando núcleos como el bario (Ba\ce{Ba}) y el kriptón (Kr\ce{Kr}), que tienen números másicos intermedios y, por lo tanto, una mayor energía de enlace por nucleón.

92235U+01n56141Ba+3692Kr+301n+energıˊa^{235}_{92}U + ^1_0 n \rightarrow ^{141}_{56}Ba + ^{92}_{36}Kr + 3^1_0 n + \text{energía}