Química General, 2000 - Victor Manuel Ramírez

UNIDAD 1 La energía, la materia y el cambio
También sabemos que la materia es todo lo que tiene masa y que ésta da origen a
la inercia, que es la resistencia que ofrece la materia al cambio de estado, ya sea reposo
o movimiento. Materia es, por tanto, todo lo que requiere energía para ponerse
en movimiento.
La desintegración nuclear (radiactividad) y la fusión nuclear que desunen o unen a
los protones y a los neutrones dentro del núcleo, se explican a partir de la interpretación
de la idea de Einstein de la equivalencia entre la masa y la energía. La masa
puede, en ciertas condiciones experimentales, transformarse parcialmente y aun
totalmente en energía.
Esta variación de masa m de un sistema, es directamente proporcional a la variación
de la energía E del sistema, conforme a la ecuación:
E 5 m ? c 2
donde c 2 (la velocidad de la luz al cuadrado) es la constante de proporcionalidad.
Esta ecuación de Einstein se utiliza en todos los cálculos de interconversión de las
mismas, siendo sus unidades las siguientes:
Unidades de energía
Para la física del núcleo y de las partículas elementales, las energías y las masas se
expresan en electrón volts (eV) y en sus múltiplos: keV, MeV, GeV.
1 MeV 5 10 6 eV, 1 GeV 5 10 9 eV
Un electrón volt es la energía cinética ganada por un electrón cuando es acelerado
en un campo eléctrico producido por una diferencia de potencial de un volt.
Unidades de masa
Las masas de las partículas que intervienen en las ecuaciones nucleares se expresan
con el término mc 2 , ya que en los cálculos de los fenómenos nucleares es indispensable
conocer directamente la energía de una masa E 0
de una partícula expresada
en MeV, y no la masa de ella misma m e
expresada en kg.
Por ejemplo, para el electrón:
m e
5 9.109 3 10 231 kg
m e
c 2 5 (9.109 3 10 231 ) (2.9979 3 10 8 ) 2 5 8.1874 3 10 214 J 3 0.624 3 10 19 eV/J
5 5.11 3 10 5 eV 5 0.511 MeV
Para el protón:
m p
5 1.6726 3 10 227 kg;
m p
c 2 5 (1.6726 3 10 227 ) (2.9979 3 10 8 ) 2 J 3 0.624 3 10 19 eV/J 5 9.396 3 10 8 eV
5 938.3 MeV
Para el neutrón, en un cálculo similar, se tiene:
m n
c 2 5 939.6 MeV
Aunque en la mayoría de los fenómenos físicos nucleares se presenta la conversión
masa-energía, es posible, mediante los aceleradores (equipos diseñados para proporcionar
una gran energía cinética a las partículas atómicas) o en los reactores
nucleares, que suceda la conversión contraria energía-masa, o sea, crear materia
a partir de energía. Esta materia no es estable y consta de pares de partículasantipartículas,
que al chocar se aniquilan desintegrándose. Sin embargo, dentro de
un tiempo perfectamente medible (¡10 223 s¡), la energía cinética de las partículas se
materializa.
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