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¿Por qué el hierro es el elemento más estable?

El hierro tiene la mayor energía de enlace por nucleón de todos los elementos conocidos. Pero, ¿por qué el hierro en concreto? ¿Qué hace que tenga la mayor energía de enlace por nucleón?

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El Fórmula de Bethe-Weizsäcker ofrece alguna explicación para la energía de enlace nuclear. Sin embargo, el motivo por el que se alcanza el mínimo para el hierro depende de los parámetros de la fórmula de Bethe-Weizsäcker, que a su vez dependen de las particularidades de las fuerzas entre los nucleones y preguntarse por qué son, cómo son, no es físico.

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Relacionado: physics.stackexchange.com/q/182525/2451 y los enlaces que contiene.

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Leer sobre los niveles de estabilidad y de núcleo en Wikipedia : Modelo de cáscara nuclear

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Fernando Briano Puntos 3704

La existencia de los núcleos depende de una serie de condiciones de contorno de la mecánica cuántica. Aparecen como soluciones a un problema en el que hay un equilibrio de: a) la fuerza de color atractiva que une a los quarks en un protón o un neutrón, b) la fuerza electromagnética repulsiva entre protones, c) el principio de exclusión de Pauli, d) la inestabilidad de los neutrones no fuertemente unidos a una desintegración débil. Hay factores adicionales que entran una vez que los electrones quedan atrapados alrededor de un núcleo, pero esa es otra historia.

Para responder al "por qué" del elemento con 26 protones y 30 neutrones es estable (o el que tiene 26 protones y 32 neutrones) y se acerca a la energía de enlace máxima, se necesita un modelo mecánico cuántico específico para el potencial colectivo de los factores mencionados. Modelos de concha tienen bastante éxito en la clasificación de la tabla periódica.

Sin embargo, la verdadera respuesta sobre el hierro sería fenomenológica, es decir, lo que observamos y encaja fenomenológicamente con el Weizsaecker que se basa en un modelo de gota de líquido. Según el funcionamiento del potencial efectivo, la inclusión de más y más nucleones en el pozo de potencial después del hierro deja de crear un pozo de potencial efectivo más profundo, debido al aumento del efecto de las fuerzas repulsivas descritas anteriormente.

Tenga en cuenta que es el Ni62 el que está más unido en el curva de energía de enlace.

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Mirando ese enlace, Ni58 parece incorrecto ya que ni siquiera aparece en la tabla. ¿Se refiere al Fe58, al Ni62 o al Ni60? Es de suponer que a Ni62, pero en ese caso, un comentario sobre por qué el Fe56 es mucho más abundante podría estar en orden.

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@PieterGeerkens tienes razón, voy a editar. En cuanto a la abundancia, sería una pregunta diferente

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@annav ¿Podría echar un vistazo a mi elaboración Sobre la distribución de los momentos dipolares magnéticos de los electrones en los átomos Por favor

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Lewis Miller Puntos 376

Lo que determina el elemento más estable (Fe) es el equilibrio entre la unión nuclear (atractiva) y la repulsión de coulomb entre protones. Los nucleones sienten fuerzas de unión que pueden describirse como fuerzas de masa y de superficie. Las fuerzas de masa son las asociadas a la saturación de las fuerzas nucleares (la densidad nuclear en el interior de los átomos pesados es relativamente constante). Los términos de superficie están asociados a la reducción de la unión en la superficie nuclear debido a la reducción de la densidad. La repulsión de Coulomb se acumula a medida que aumenta el número de protones. Sucede que se produce una transición cerca del Fe (la repulsión coulombiana empieza a dominar sobre el aumento de la unión debido a la reducción de la relación superficie-volumen).

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Eso no explica por qué una bola de neutrones no sería la más estelar de todas.

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Si se trata de estrellas de neutrones, la gravedad juega un papel importante.

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