Defeito de massa: a massa que falta.

Pese um átomo de hélio-4 com muito cuidado e depois pese suas partes separadamente. Você vai descobrir que elas não somam o mesmo valor.

Usando massas atômicas, que mantêm os elétrons dos dois lados para que eles se cancelem:

• 2 átomos de hidrogênio-1 (2 prótons + 2 elétrons): 2 × 1,007825 u = 2,015650 u
• 2 nêutrons: 2 × 1,008665 u = 2,017330 u
• Total: 4,032980 u
• Massa medida de um átomo de hélio-4: 4,002603 u

A diferença, 0,030378 u, é o defeito de massa. O núcleo formado é mais leve que as partes.

Para onde foi a massa? A relação de Einstein E = mc² diz que massa e energia são duas faces da mesma coisa. Se um sistema libera energia, sua massa diminui em E/c². Quando dois prótons e dois nêutrons se juntam para formar um núcleo de hélio, eles liberam energia (na forma de raios gama e movimento), e o núcleo restante fica mais leve nessa mesma quantidade.

É útil lembrar do fator de conversão: 1 u de massa corresponde a 931,494 MeV de energia (escrito como 931,494 MeV/c²). Então

0,030378 u × 931,494 MeV/u ≈ 28,3 MeV.

Essa é a energia de ligação do hélio-4. É exatamente a energia que você teria de fornecer para separar o núcleo em núcleons livres. Dividida por 4 núcleons, ela equivale a 7,07 MeV por núcleon, o número que chamamos de B/A. Um B/A maior significa um núcleo mais fortemente ligado.

Verificação de escala. Um elétron-volt (eV) é a energia de um elétron ao atravessar um volt, e um megaelétron-volt (MeV) equivale a um milhão deles. Na química, queimar um átomo de carbono no oxigênio libera cerca de 4 eV. Formar um núcleo de hélio-4 libera 28 milhões de eV. A energia nuclear por átomo é milhões de vezes maior que a energia química por átomo, e esse único fato explica por que o combustível nuclear é tão concentrado.

Em unidades do dia a dia, 1 grama de massa totalmente convertido em energia equivaleria a cerca de 9 × 10¹³ J, o suficiente para manter uma casa funcionando por aproximadamente dois mil anos. Na vida real, nenhum processo converte completamente um grama de matéria, mas isso mostra o que o fator c² significa.