En su teoría especial de la relatividad, Albert Einstein dijo que la masa y la energía son equivalentes y se pueden convertir el uno en el otro. De aquí viene la expresión E = mc ^ 2, en la que E representa energía, m representa masa y c representa la velocidad de la luz. Esta es la base de la energía nuclear, en la cual la masa dentro de un átomo se puede convertir en energía. La energía también se encuentra fuera del núcleo por partículas subatómicas que se mantienen unidas por la fuerza electromagnética.
Niveles de Energía Electrónica
La energía se puede encontrar en los orbitales de un átomo, mantenida en su lugar por la fuerza electromagnética. Los electrones cargados negativamente orbitan alrededor de un núcleo con carga positiva y, según la cantidad de energía que poseen, se encuentran en diferentes niveles orbitales. Cuando algunos átomos absorben energía, se dice que sus electrones están "excitados" y saltan a un nivel superior. Cuando los electrones regresan a su estado de energía inicial, emiten energía en forma de radiación electromagnética, con mayor frecuencia como luz visible o calor. Además, cuando los electrones se comparten con los de otro átomo en el proceso de enlace covalente, la energía se almacena dentro de los enlaces. Cuando esos enlaces se rompen, la energía se libera posteriormente, con mayor frecuencia en forma de calor.
Energía Nuclear
La mayor parte de la energía que se puede encontrar en un átomo se encuentra en forma de masa nuclear El núcleo de un átomo contiene protones y neutrones, que se mantienen unidos por la fuerza nuclear fuerte. Si esa fuerza fuera interrumpida, el núcleo se desgarraría y liberaría una porción de su masa como energía. Esto se conoce como fisión. Otro proceso, conocido como fusión, tiene lugar cuando dos núcleos se unen para formar un núcleo más estable, liberando energía en el proceso.
Teoría de la Relatividad de Einstein
Entonces, ¿cuánta energía se almacena en el núcleo de un átomo? La respuesta es bastante, en comparación con cuán pequeña es la partícula en realidad. La Teoría de la Relatividad Especial de Einstein incluye la ecuación E = mc ^ 2, lo que significa que la energía en la materia es equivalente a su masa multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz. Específicamente, la masa de un protón es 1.672 x 10 ^ -27 kilogramos, pero contiene 1.505 x 10 ^ -10 joules. Este sigue siendo un número pequeño, pero cuando se expresa en términos del mundo real, se vuelve enorme. La pequeña cantidad de hidrógeno en un litro de agua, por ejemplo, es de aproximadamente 0,111 kilogramos. Esto es equivalente a 1 x 10 ^ 16 joules, o la energía producida por la quema de un millón de galones de gasolina.
Energía Nuclear
Porque la conversión de la masa en energía proporciona una cantidad tan asombrosa de energía de masas relativamente pequeñas, esta es una fuente de combustible tentadora. Sin embargo, lograr que la reacción tenga lugar en condiciones seguras y controladas puede ser un desafío. La mayoría de la energía nuclear proviene de la fisión del uranio en partículas más pequeñas. Esto no causa contaminación, pero sí produce residuos radiactivos peligrosos. Aún así, la energía nuclear representa un poco menos del 20 por ciento de las demandas de energía de los Estados Unidos.
