> ## Content Index > Fetch the complete content index at: https://nexuscosmicus.com/llms.txt > Use this file to discover other available public pages before exploring further. # Fundamentos nucleares #2. La energía del átomo - URL: https://nexuscosmicus.com/fundamentos-nucleares-2-la-energia-del-atomo/ - Published: 2026-09-07T16:00:21.000Z - Updated: 2026-09-07T16:00:21.000Z - Author: Nexus Cosmicus - Tags: Nexus Physicorum, Nexus Machina **¿Qué es la energía?** La **energía** se puede definir como la capacidad de realizar trabajo. En física, el trabajo ocurre cuando una fuerza actúa sobre un objeto para moverlo en una dirección determinada. Si un sistema tiene energía, puede transferirla para realizar una acción, mover un objeto o generar un cambio. La unidad de medida de la energía en el Sistema Internacional (SI) es el joule (J). Existen diferentes formas de energía, entre las que podemos citar las siguientes: - **Energía cinética.** Es la energía que posee un objeto debido a su movimiento. Cuanto más rápido se mueva un objeto o mayor sea su masa, más energía cinética tendrá. - **Energía potencial**. Es la energía almacenada en un sistema debido a su posición o estado. Existen diferentes tipos de energía potencial: - Energía potencial gravitatoria. Asociada a la altura de un objeto en un campo gravitatorio. - Energía potencial elástica. Almacenada en materiales que pueden estirarse o comprimirse, como un resorte. - **Energía térmica.** Es la energía interna de un objeto debida al movimiento de sus átomos y moléculas. A mayor temperatura, mayor es la energía térmica. - **Energía química**. Es la energía almacenada en los enlaces químicos entre los átomos de una sustancia. Esta energía puede liberarse durante una reacción química. - **Energía eléctrica**. Es la energía asociada con el movimiento de cargas eléctricas (electrones). Se manifiesta en los circuitos eléctricos y se usa para alimentar dispositivos electrónicos. - **Energía nuclear.** Es la energía contenida en el núcleo de los átomos. Puede liberarse en reacciones nucleares, como la fisión o la fusión nuclear. - **Energía radiante (luminosa).** Es la energía transportada por ondas electromagnéticas, como la luz, los rayos X y las ondas de radio. - **Energía sonora.** Es la energía transportada por las ondas de sonido, que se propagan a través de medios como el aire o el agua. Las propiedades principales de la energía son las siguientes: - Se conserva y se transforma. La energía se conserva en un sistema aislado, aunque puede transformarse entre diferentes formas. - Puede transferirse entre sistemas. La energía se puede transportar y transferir entre sistemas. Sin ir más lejos, la energía eléctrica de la red se emplea en los hogares para abastecer dispositivos que emplean energías de otro tipo, como podrían ser los compresores (máquinas térmicas) de los frigoríficos, las bombillas, o las resistencias de las estufas. - Es una magnitud escalar. Cuando decimos que la energía es una magnitud escalar, significa que se describe completamente por una cantidad o magnitud y no tiene una dirección asociada. - La energía total se conserva, pero durante los procesos irreversibles puede disminuir su capacidad para producir trabajo útil, en consonancia con el segundo principio de la termodinámica. ### **Leyes de conservación** Si tomamos un sistema aislado de partículas, entendiendo esto como un sistema que no se ve influenciado por fuerzas externas, sus interacciones se darán de acuerdo a las partículas constituyentes. Para el análisis de la evolución es posible acudir a las recurrentes leyes de conservación. Las más destacables serían: - **La ley de la conservación de la energía**, que establece que la energía total de un sistema cerrado se conserva. Además, apoyándonos en su versión relativista, la energía no sólo incluye a la energía cinética y potencial, sino también la energía asociada con la masa en reposo. ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-ce47406f-da7d-49f4-ae09-25d4048a3c6f-1.png) - **La ley de la conservación de la cantidad de movimiento**, o momento lineal, que establece que la cantidad de movimiento de un sistema se conserva a lo largo del tiempo. ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-81ff784d-6bef-44c2-a3d0-b4a162e18bc6-1.png) Aunque en este caso no serán de especial relevancia, conviene señalar también otras leyes de conservación aplicables, entre las que destacan: - **La ley de conservación de la carga eléctrica**, que viene a expresar que la carga eléctrica es invariante y se conserva, independientemente de que dicha carga esté en reposo o en movimiento. - **Ley de la cantidad de movimiento angular**, que determina que el momento angular se conserva. Además, dado que en la relatividad, la energía y el momento lineal están íntimamente ligados, la conservación de estas dos cantidades se describe mejor en términos de una sola ley, la ley de conservación del cuadrivector energía-momento. En relatividad especial, la energía y el momento forman un objeto matemático unificado llamado el cuadrivector energía-momento, que tiene cuatro componentes: una componente temporal relacionada con la energía y tres componentes espaciales relacionadas con el momento. ### **Momento lineal relativista** En física clásica, el momento lineal (p) de una partícula se define como el producto de su masa (m) y su velocidad (v): ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-db94dc08-0cb2-4072-afe0-8b63eee92107.png) Si bien esta expresión es útil en la mayoría de escenarios cotidianos, a velocidades cercanas a la luz no es adecuada debido a los efectos relativistas. La extensión del concepto clásico de momento lineal (o cantidad de movimiento) en el marco de la relatividad especial de Einstein es el momento lineal relativista. La teoría de la relatividad especial establece que las leyes de la física deben ser válidas para todos los observadores inerciales, independientemente de su estado de movimiento. El momento lineal relativista se expresa como: ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-14cd21bc-f5e3-43d0-9789-b1a2dce52790.png) ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-4f6a5c3a-ccc7-43d9-9a01-d73c9e8797db-1-1.png) El factor de Lorentz es una corrección que aumenta considerablemente a medida que la velocidad de la partícula se aproxima a la velocidad de la luz (c). Esto tiene las siguientes implicaciones: - A bajas velocidades, donde v< E = ℎ𝜈 donde E es la energía del cuanto, ℎ es la constante de Planck, y 𝜈 es la frecuencia de la radiación. Sustituyendo en la expresión previamente calculada: ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-ada16e25-3686-4f08-8320-867b24981d14-1.png) De modo que quedaría, si se calcula en términos de longitud de onda partiendo de la hipótesis de De Broglie: ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-9aae6a52-2a56-4a82-b427-43ce667846c3-1.png) que relaciona la energía con la constante de Planck, la velocidad de la luz y la longitud de onda. ## Equivalencia masa-energía Uno de los sucesos más relevantes de la teoría de la relatividad de Einstein fue el desarrollo de la expresión que relaciona la energía con la masa. Previamente al descubrimiento, energía e inercia eran fenómenos diferentes que no guardaban relación. ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-334b2a31-49a7-4a61-81ce-5ed1e3b662be.png) Desde el comportamiento de las partículas subatómicas hasta la generación de energía en las estrellas, dicha relación conecta de manera fundamental la masa con la energía. Esta revolucionario concepto tuvo una importante repercusión, pues la conversión de masa en energía es un suceso común en las desintegraciones radiactivas y en las reacciones nucleares de fisión y fusión nuclear, así como en la aniquilación de la materia y la antimateria, entre otros fenómenos. Además, impone barreras como la imposibilidad de alcanzar la velocidad de la luz en el caso de objetos con masa, ya que a medida que un objeto con masa se mueve más rápido, requiere más energía para continuar acelerándose. A medida que su velocidad se aproxima a la de la luz, la energía necesaria para seguir acelerándolo tiende al infinito, lo que hace imposible que un objeto con masa alcance la velocidad de la luz. Por otro lado, antes de la teoría de la relatividad, la ley de conservación de la energía y la ley de conservación de la masa se consideraban independientes. La equivalencia masa-energía fusiona ambas, estableciendo que la masa y la energía son intercambiables, y que lo que se conserva en cualquier reacción es la suma total de la masa y la energía, energía al fin y al cabo. De hecho, como veremos, en el caso de las reacciones nucleares, la masa del núcleo inicial es mayor que la suma de las masas de los productos finales. Esta diferencia de masa es la que se convierte en energía. ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-80062ecb-42ad-474c-aa86-daa3c32da581.png) ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-afbe1790-0969-48f4-a99f-3825415b2130.png) ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-2f9a3a7a-f3da-4c4a-acb9-94d667e6ea37.png) ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-e3ffec3d-5b0f-4c39-a567-706b9bcf9497.png) ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-df8699e5-0060-4ba9-9747-1150403be8bd.png) ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-1333183e-a28e-462e-9c8e-ec53a38e450b.png) ## Energía de enlace de un sistema Dentro de cualquier sistema material existen diferentes contribuciones energéticas, que podemos agrupar en dos categorías: la energía interna del sistema y la energía de la masa en reposo de los constituyentes. La energía interna a su vez se dividiría en en la energía cinética, relativa al movimiento, y a la energía potencial fruto de las interacciones de los constituyentes. ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-aaaa2c4a-b673-46ea-a153-64f7d626f196-1-1.png) La energía cinética a su vez está constituida de las contribuciones de la energía de traslación, rotación y vibración. Empleando la relación entre la masa en reposo y la energía en reposo, obtenemos: ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-f92cb537-ac01-4778-bff2-b8cf1f951a99-1.png) Si comparamos la masa de un sistema integrado por N partículas ligadas con la suma de las masas de sus partículas constituyentes cuando estas se encuentran sin interaccionar (libres) se deduce que de dicha diferencia se obtiene un valor, denominado **defecto de masa.** ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-545bf869-2632-447d-9d14-a1ae2bfea3f1-1-1.png) Volviendo a la equivalencia masa-energía, obtenemos lo que se denomina energía de enlace, que sería la energía vinculada al defecto de masa. ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-7108c9ee-7040-41d0-8623-f42b518627f6-1.png) Por tanto, podemos definir la energía de enlace como la cantidad de energía que se debe suministrar para descomponer completamente el sistema en sus componentes individuales, hasta el punto en el que dejen de interactuar entre sí. En definitiva, la energía requerida para romper todos los enlaces que mantienen unidos a los constituyentes del sistema. Trasladado este concepto al núcleo atómico, podemos definir la energía de enlace nuclear, dada por la interacción nuclear fuerte, como la energía que mantiene unidos a los nucleones (protones y neutrones) dentro del núcleo. Esta energía puede ser tomada como una medida de la estabilidad del núcleo. La energía de enlace nuclear se puede entender mejor a través del concepto de defecto de masa. Cuando se mide la masa de un núcleo atómico, se constata que es menor que la suma de las masas de sus protones y neutrones individuales. Por ejemplo, si se suma la masa de 2 protones y 2 neutrones, obtendremos un valor ligeramente mayor que la masa real de un núcleo de helio-4\. Al formarse el núcleo se libera energía; en consecuencia, el estado ligado posee una energía total y una masa menores que las de los nucleones separados. ## ****Energía de enlace electrónica y energía de ionización** La energía de enlace del átomo, o energía de ionización, es la cantidad de energía requerida para desprender un electrón en su estado fundamental de un átomo de un elemento en estado gaseoso. Para un átomo X, la primera energía de ionización se describe como: ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-818af830-c81e-4fe3-9e6d-b14ea7775c0d.png) para la segunda energía de ionización, la expresión sería: ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-6e0503a3-1cf6-4f7d-a288-eb9233ed9d01-1-1.png) ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-7cb720e1-aedb-41fe-a3b3-2ba2f4bdb0fe.png) Las siguientes gráficas muestran cómo varía la primera energía de ionización por periodo y por grupo. Para ello, recurriremos al periodo 2 y al grupo 1: - **Periodo 2\.** La energía de ionización aumenta de izquierda a derecha. Esto se debe a que, al avanzar en el período, los átomos tienen más protones en el núcleo, lo que aumenta la atracción hacia los electrones externos. Como se puede observar, el neón (Ne) tiene una energía de ionización mucho mayor que el litio (Li). ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-a019a5b3-6a4b-4751-b3f0-e44d3531cb1b.png) - **Grupo 1\.** La energía de ionización disminuye de arriba hacia abajo. Esto se debe a que, al descender en el grupo, los electrones externos están más alejados del núcleo, por lo que son más fáciles de extraer. El cesio (Cs) tiene una energía de ionización menor que el litio (Li). ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-7ef51f1a-3b06-4467-a58c-dd6b11d794a3.png) Por lo tanto, a medida que nos desplacemos hacia arriba y hacia la derecha en la tabla periódica, mayor será la energía de ionización. Entre los metales, una baja energía de ionización suele favorecer la reactividad al facilitar la pérdida de electrones; no obstante, la reactividad química depende también de otras propiedades, como la afinidad electrónica, electronegatividad y estructura electrónica. > Tabla con la energía de ionización por número atómico. ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-1eff3ea0-fb87-43a1-b9f9-0a7fbce7484b-1-1.png) Como es de esperar, las energías correspondientes a Z=1 son las energías cuantizadas disponibles para el átomo de hidrógeno. Las posibles transiciones entre estas energías darán lugar a la emisión o absorción de un fotón. La expresión para la longitud de onda del fotón emitido será: ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-885d5987-c12e-4236-b178-ac34e6bad15f-1-1.png) En la figura inferior se muestra el diagrama de niveles energéticos del hidrógeno, donde se muestran las transiciones para las series de Lyman (naranja), Balmer (azul) y Paschen (verde). ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-19cdfbee-f79a-4648-be11-0884545d5f84.png) - Lyman: Transiciones que terminan en n=1\. Estas transiciones se encuentran en la región ultravioleta del espectro. - Balmer: Transiciones que terminan en n=2\. Estas transiciones son las únicas que corresponden a la región visible del espectro. - Paschen: Transiciones que terminan en n=3\. Estas transiciones están en la región infrarroja del espectro. Como ya se ha mostrado, y queda evidenciado en el diagrama de niveles energéticos, la energía de ionización del hidrógeno es de 13.6 eV. ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-95efa84d-f29f-43a3-bc2d-58d999ef3825.png) ## ****Energía de enlace del núcleo** La energía de enlace nuclear puede definirse como la diferencia entre la energía del elemento y la energía equivalente del mismo número de nucleones. En otras palabras, la energía de enlace viene dada por la acción de la fuerza nuclear, que mantiene unidos a los protones y neutrones en el núcleo. Esta fuerza debe superar las repulsiones electrostáticas entre los protones (debido a su carga positiva) para que el núcleo se mantenga cohesionado. Cuando se forma un núcleo a partir de protones y neutrones, se libera esta energía de enlace, que es una manifestación de la disminución de masa (defecto de masa) observada en los núcleos. Se estima que la masa de un núcleo es en torno a un 0.8-1% menor que la suma de las masas de sus constituyentes. No obstante, es una aproximación, y el defecto de masa varía ligeramente según el núcleo específico. Para el cálculo de la energía de enlace hemos de partir de la ecuación que relaciona la masa y la energía, que en este caso se mostraría del siguiente modo: ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-336266eb-e773-4bb0-9233-28aa024521ad.png) Por otro lado, el defecto de masa se calcularía de acuerdo a la siguiente expresión: ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-1fc8e1f9-e2b0-4e7f-8241-3386796baa9a-1-1-1.png) ### **Energía de enlace media por nucleón** Una magnitud muy interesante es la energía de enlace media por nucleón. Este parámetro representa la energía de enlace promedio asociada a cada nucleón y se calcula dividiendo la energía de enlace total del núcleo entre el número total de nucleones. ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-516a9d66-2ecb-4464-a512-3f64ba4c88d7-1-1.png) El valor de esta magnitud radica en que es una medida de la estabilidad relativa del núcleo. Cuanto mayor es este valor, más fuertemente ligados se encuentran, en promedio, sus nucleones y mayor es su estabilidad energética frente a la separación completa. La gráfica inferior muestra la energía de enlace media por nucleón en función del número másico. ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-efd06d36-9ec2-4e51-9f6c-2112e27929d4.png) La curva alcanza su máximo en la región del hierro y el níquel. El 62Ni presenta la mayor energía de enlace media por nucleón, mientras que el 56Fe se encuentra muy próximo al máximo y posee una importancia especialmente destacada en astrofísica. Además, la curva mostrada deja entrever dos procesos posibles para la obtención de energía, manteniendo la premisa de adoptar una configuración más estable, es decir, con una mayor energía de enlace por nucleón. Estos dos procesos de liberación de energía serían las reacciones nucleares de fusión y fisión. ## ****Reacciones de fusión y fisión** Como se deja entrever en la gráfica anterior, se vislumbran dos caminos de liberación de energía teniendo como punto de inflexión el valor de la máxima energía de enlace media por nucleón situada aproximadamente en la región del hierro y el níquel. Los procesos nucleares serían la fusión y la fisión nuclear, que operan en regímenes opuestos: - **Fusión nuclear.** Proceso que consiste en la unión de dos núcleos ligeros para formar, al menos, un núcleo más pesado y estable. Para que la reacción de fusión libere energía, el combustible ha de estar formado por núcleos ligeros, de lo contrario requerirá energía adicional. Una de las reacciones de fusión más célebres, por su importancia en los reactores actuales, es la fusión de deuterio y tritio, donde un núcleo de deuterio se fusiona con un núcleo de tritio dando como resultado un núcleo de helio-4, un neutrón libre y una energía de unos 17.6 MeV (14.1 + 3.5): ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-0b45774c-7ec1-4b43-bc15-81b5b1fc9fb3-1.png) ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-6ef6a27a-8ff6-47cb-962d-8b4a4eb3d980-1.png) > **Reacción de fusión protón-protón en cadena, producida en estrellas como el sol**. ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-2d21cd73-40a9-4903-86fc-b43ea5497347.png) - **Fisión nuclear.** Proceso que consiste en la ruptura de un núcleo pesado, dando lugar a dos núcleos más ligeros y estables. Para que la reacción de fisión libere energía, el combustible ha de estar formado por núcleos pesados, de lo contrario requerirá energía adicional. Uno de los ejemplos más comunes es la fisión del uranio-235 cuando captura un neutrón, donde un núcleo de uranio-235 captura un neutrón y en uno de sus posibles canales de fisión, puede producir bario-141 y criptón-92, liberando en el proceso 3 neutrones adicionales y una gran cantidad de energía: ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-c86e8f3c-7d4e-45cf-83ce-74dd73c72678-1-1.png) > Fisión nuclear de un átomo de uranio-235 ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-7f2ea452-e03b-46bd-a960-9a85528a001e-1.png) > Reacción en cadena de fisión nuclear ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/09/data-src-image-317eabbc-3035-487e-a6a4-762396817e28.png) ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/03/NEXUS-COSMICUS---Im--genes--33-.png) ## Artículo de Miguel Ángel Castillo Ingeniero mecánico y nuclear [Conoce al equipo](https://nexuscosmicus.com/tag/equipo/) ![](https://storage.ghost.io/c/c2/9b/c29bd541-672c-4a96-a967-be617b031abf/content/images/2026/08/TEAM_NEXUS-COSMICUS---Im--genes-compartidas--18--1.png) ## Suscríbete a Nexus Cosmicus Sin spam, sin cookies, gratuito, y sin dar datos innecesarios. 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