Densidad: Una Propiedad Física e Intensiva

Objetivos:

Terminada la lección:

• Definirás el concepto densidad.
• Clasificarás la densidad como una propiedad física e intensiva.
• Comunicarás como la masa, el volumen y la temperatura afectan a la densidad de una sustancia.
• Describirás como la temperatura afecta la densidad del agua.
• Utilizarás la ecuación de densidad para hallar un valor desconocido, dados los otros dos valores.

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Propiedades físicas

Las propiedades físicas se pueden clasificar como intensivas, si no dependen de la cantidad de materia, o extensivas”, si dependen de ella.  La densidad es una propiedad física intensiva que relaciona la masa y volumen de un objeto.  Además, es la razón entre la masa de un objeto y su volumen.  Se puede determinar la masa de un objeto, simplemente dividiendo la masa entre el volumen.

Sistema Internacional de Medidas

En el Sistema Internacional de Medidas, la densidad se expresa en unidades de gramos(g) dividida entre centímetros cúbicos (cm³) o mililitros (mL): g/mL o g/cm³.   Vale la pena recalcar que la densidad es una propiedad intensiva a pesar de que se determina a partir de la masa y el volumen, ambas propiedades extensivas. Por ser la densidad una propiedad intensiva, significa que es independiente del tamaño de la muestra. Es decir, un litro de agua tiene la misma densidad que un mililitro del líquido.

Volumen y temperatura

Sin embargo, debido a que la mayoría de las sustancias cambian su volumen con la temperatura, esto hace que la densidad sea dependiente de la temperatura. Por ejemplo, a una temperatura de 3.98°C, un mililitro de agua tiene una masa de un gramo. Esto hace que la densidad del agua a esta temperatura sea de 1 g/mL.

Según la temperatura aumenta, el volumen de agua aumenta, mientras que la masa se mantiene igual, disminuyendo así su densidad. Un mililitro de agua a una temperatura de 100°C, tiene una masa de 0.9584 g, por lo que la densidad del agua a esta temperatura es de 0.9584 g/mL. Debido a esta variación, al informar la densidad, debemos especificar la temperatura.

Propiedades del agua

La mayoría de las sustancias se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. El agua se comporta en forma distinta. El agua se contrae cuando se enfría de 100°C a 3.98°C. Sin embargo, al bajar a temperaturas menores de 3.98°C, el agua comienza a expandirse nuevamente.

A una temperatura de 0°C, la densidad del agua resulta ser 0.99987 g/mL y una vez congelada, la densidad del hielo es de 0.917 g/mL. Por ello al echar hielo o cualquier otra sustancia con una densidad menor a la densidad del agua, estos flotan. Los objetos flotan en sustancias con densidad mayor. Si por el contrario el objeto tiene una densidad mayor a la densidad del agua, este se hunde. 

La densidad de una sustancia

Saber la densidad de una sustancia, particularmente líquida, puede ser útil debido a que es más fácil medir el volumen que la masa. Así que sabiendo la densidad y midiendo el volumen podemos determinar la masa del liquido partir de la ecuación de densidad. 

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Ejemplo:

Imagina que necesitas 1.55 g de alcohol etílico (densidad = 0.7893 g/mL a 20°C). ¿Cuánto debe ser el volumen de la muestra?

Solución:

Dada la masa y la densidad, podemos calcular el volumen resolviendo la ecuación de densidad para volumen.  El volumen de la muestra debe ser de 1.96mL.

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Enlaces externos para explorar

• Conceptos de Física: Hyperphysics
• Libros:
  • Física Moderna de Paul A. Tipler
  • Física Moderna – Raymond A. Serway
• Simulaciones: PhET
• Tutorial de Física en Inglés: Physics Classroom
• Wikipedia en Español: Wikipedia

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Vídeo

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