A energia de ligação de um núcleo é a energia que deve ser fornecida para:
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Atribuída
◯ A. remover um núcleon
◯ B. remover uma partícula alfa
◯ C. remover uma partícula beta

D. separar o núcleo em seus núcleons constituintes

E. separar o núcleo em uma coleção de partículas alfa

Passo 1

O enunciado pede para escolher a alternativa que define corretamente “a energia de ligação de um núcleo”. As alternativas dadas são:
A. remover um núcleon
B. remover uma partícula alfa
C. remover uma partícula beta
D. separar o núcleo em seus núcleons constituintes
E. separar o núcleo em uma coleção de partículas alfa

Passo 2

O que significa, em palavras simples, “energia de ligação”: é a energia necessária para desfazer as forças que mantêm os prótons e nêutrons unidos no núcleo. Em termos físicos precisos, é a energia que deve ser fornecida para separar um núcleo em todas as suas partículas constituintes (ou seja, em prótons e nêutrons isolados). Uma forma matemática comum de escrever isso usa o conceito de “defeito de massa” e a equivalência massa–energia de Einstein:
E_b = \left(\sum m_{\text{constituents}} - m_{\text{nucleus}}\right)c^2.
Aqui:
  • \sum m_{\text{constituents}} é a soma das massas dos prótons e nêutrons separados (cada um isolado);
  • m_{\text{nucleus}} é a massa medida do núcleo estável;
  • c é a velocidade da luz no vácuo.
    Esse E_b é justamente a energia necessária para transformar o núcleo em nucleons separados.

Passo 3

Explicando a fórmula e o que cada termo representa (passo-a-passo): quando os prótons e nêutrons se juntam para formar um núcleo, a massa total do sistema ligado é menor que a soma das massas separadas — essa diferença de massa é o “defeito de massa”. Pela relação E=mc^2, essa massa “faltante” aparece como energia liberada quando o núcleo se forma; portanto, para desfazer o núcleo (i.e., separar em nucleons), precisamos fornecer exatamente essa energia de volta. Isso é a definição padrão de energia de ligação.

Passo 4

Por que a alternativa A (“remover um núcleon”) não é a definição correta: remover um único nucleon requer uma certa energia chamada energia de separação de um nucleon (por exemplo, energia de separação de nêutron). Essa é uma quantidade relacionada, mas específica — é a energia para tirar apenas um nucleon, não para desmontar todo o núcleo em todos os seus nucleons. A energia de ligação do núcleo é a energia total para separar todos os nucleons, não apenas um.

Passo 5

Por que a alternativa B (“remover uma partícula alfa”) e E (“separar o núcleo em uma coleção de partículas alfa”) não são a definição geral correta: remover uma partícula alfa (núcleo de \mathrm{^4He}) ou decompor o núcleo em alfas são processos de separação em clusters específicos. Para alguns núcleos essa decomposição em \alpha-partículas pode fazer sentido, mas a definição geral de energia de ligação não exige que os produtos sejam partículas \alpha; exige que sejam os prótons e nêutrons isolados. Além disso, nem todo núcleo pode ser dividido exatamente em um conjunto de partículas \alpha — muitos têm números ímpares de nucleons.

Passo 6

Por que a alternativa C (“remover uma partícula beta”) está errada: uma partícula beta é um elétron ou positrón emitido em decaimento beta; esses não são constituintes do núcleo antes do decaimento (o núcleo contém nêutrons e prótons). A energia de ligação não é a energia para “remover um elétron” porque elétrons ligados não fazem parte da estrutura nuclear interna da mesma maneira; logo, remover uma partícula beta não corresponde à definição de energia de ligação nuclear.

Passo 7

Resumo e conclusão: a definição correta é a que descreve a energia necessária para separar o núcleo em seus prótons e nêutrons constituintes — isto é exatamente a alternativa D. Você está indo bem; lembrar da ideia do “defeito de massa” e da fórmula \;E_b = (\sum m_{\text{constituents}} - m_{\text{nucleus}})c^2\; é a chave para aplicar esse conceito em exercícios.

Resposta

D

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