Volumen y densidad

 

 

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Términos

 

 
• densidad Una medida de la cantidad de materia contenida en un volumen dado.

 

• volumen Una unidad de medida tridimensional del espacio que comprende una longitud, un ancho y una altura. Se mide en unidades de centímetros cúbicos en métrica.

 

 

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Volumen y densidad

 

Las propiedades de un material pueden describirse de muchas maneras. Cualquier cantidad de cualquier sustancia tendrá un volumen. Si tiene dos recipientes de agua de diferentes tamaños, cada uno contiene una cantidad o volumen diferente de agua. La unidad de volumen es una unidad derivada de la unidad de longitud del SI y no es una medida fundamental del SI.

 

Si dos muestras de agua tienen volúmenes diferentes, aún comparten una medida común: la densidad. La densidad es otra medida derivada de las unidades básicas del SI. La densidad de un material se define como su masa por unidad de volumen. En este ejemplo, cada volumen de agua es diferente y, por lo tanto, tiene una masa específica y única. La masa de agua se expresa en gramos (g) o kilogramos (kg), y el volumen se mide en litros (L), centímetros cúbicos (cm ³ ) o mililitros (ml). La densidad se calcula dividiendo la masa por el volumen, de modo que la densidad se mide como unidades de masa / volumen, a menudo g / ml. Si ambas muestras de agua están a la misma temperatura, sus densidades deben ser idénticas, independientemente del volumen de las muestras.

 

Herramientas de medición

 

 

Si alguna vez ha cocinado en una cocina, probablemente haya visto algún tipo de taza de medir, que le permite al usuario medir volúmenes de líquido con una precisión razonable. La taza de medición expresa el volumen de líquido en las unidades estándar de SI de litros y mililitros. La mayoría de las tazas de medir estadounidenses también miden líquidos en el sistema anterior de tazas y onzas.

 

Cristalería volumétrica

 

Los científicos que trabajan en un laboratorio deben estar familiarizados con la cristalería de laboratorio típica, a menudo llamada cristalería volumétrica. Estos pueden incluir vasos de precipitados, un matraz volumétrico, un matraz Erlenmeyer y un cilindro graduado. Cada uno de estos contenedores se utiliza en un entorno de laboratorio para medir volúmenes de líquidos para diferentes propósitos.

 

 

Densidad del agua

 

Diferentes sustancias tienen diferentes densidades, por lo que la densidad se usa a menudo como un método para identificar un material. La comparación de las densidades de dos materiales también puede predecir cómo interactuarán las sustancias. El agua se usa como estándar común para las sustancias, y tiene una densidad de 1000 kg / m ³ a temperatura y presión estándar (llamada STP).

 

Uso del agua como una comparación de densidad

 

Cuando un objeto se coloca en el agua, la densidad relativa del objeto determina si flota o se hunde. Si el objeto tiene una densidad menor que el agua, flotará hasta la parte superior del agua. Un objeto con una densidad más alta se hundirá. Por ejemplo, el corcho tiene una densidad de 240 kg / m ³ , por lo que flotará. El aire tiene una densidad de aproximadamente 1,2 kg / m ³ , por lo que se eleva inmediatamente a la parte superior de una columna de agua. Los metales sodio (970 kg / m ³ ) y potasio (860 kg / m ³ ) flotarán en el agua, mientras que el plomo (11,340 kg / m ^{3 [19459019 ] ) se hundirá.}

 

 

Los líquidos tienden a formar capas cuando se agregan al agua. El alcohol de azúcar glicerol (1.261 kg / m ³ ) se hundirá en el agua y formará una capa separada hasta que se mezcle completamente (el glicerol es soluble en agua). El aceite vegetal (aprox. 900 kg / m ³ ) flotará en el agua, y no importa cuán vigorosamente se mezcle, siempre regresará como una capa en la superficie del agua (el aceite no es soluble en agua).

 

La densidad variable del agua

 

El agua en sí es una molécula complicada y única. Incluso si la presión es constante, la densidad del agua cambiará en función de la temperatura. Recuerde que las tres formas básicas de la materia son sólido, líquido y gaseoso (ignore el plasma por el momento). Como regla general, casi todos los materiales son más densos en su forma sólida o cristalina que en su forma líquida; coloque la forma sólida de casi cualquier material en la superficie de su forma líquida, y se hundirá. El agua, por otro lado, hace algo muy especial: el hielo (la forma sólida de agua) flota sobre el agua líquida.

 

Mire cuidadosamente la relación entre la temperatura del agua y su densidad. Comenzando a 100 ° C, la densidad del agua aumenta constantemente, hasta 4 ° C. En ese punto, la tendencia de la densidad se invierte. A 0 ° C, el agua se congela en hielo y flota.

 

 

Las implicaciones de este simple hecho son enormes: cuando un lago se congela, el hielo forma una costra en la superficie y aísla el líquido de debajo del congelamiento, al mismo tiempo que permite que el agua más fría (con una temperatura de aproximadamente 4 ° C y una alta densidad) para hundirse hasta el fondo. Si el hielo no flotara, se hundiría hasta el fondo, permitiendo que se forme y se hunda más hielo, ¡hasta que el lago se congeló! Los buceadores y los nadadores a menudo se encuentran con estos gradientes de temperatura del agua, e incluso pueden encontrarse con una capa de agua en el fondo de un lago con una temperatura de aproximadamente 4 ° C. Eso es casi tan frío como el lago llegará al fondo; Tan pronto como el agua se enfría, el agua líquida se vuelve menos densa y sube.