¿Qué es la densidad? Propiedades y ejemplos practicos

¿Qué es densidad?

La densidad es una propiedad intensiva (No depende de la cantidad de masa) que relaciona la masa de una sustancia y el volumen que ocupa. Esta también es una unidad derivada que se obtiene de la división de la masa y el volumen, se expresa en el SI como g/cm³ en sólidos y g/ml en líquidos.

En ciencias, la densidad se designa por la letra griega rho (ρ).

Se expresa de la siguiente manera:

Densidad = Masa /Volumen
ρ = m/V
Donde ρ es la densidad, m es la masa del objeto y V es el volumen del objeto.

La unidad SI (Sistema Internacional) de densidad es el kilogramo por metro cúbico (kg/m³), pero también se suele utilizar en la unidad cgs que es gramos por centímetro cúbico (g/cm³).
La densidad es una de las propiedades físicas de la materia y puede variar según sea sólido, líquido o gaseoso.

Unidades de densidad

Según el estado de la sustancia, se suele representar como se indica:

g/cm³ o Kg/m³ en sólidos
g/ml o Kg/L en líquidos.
g/L para gases.

Unidades comunes usadas en densidad

Gramos por mililitro (g/mL)
Tonelada métrica por metro cúbico (tm/m³)
Kilogramo por litro (kg/L)
Gramo por centímetro cúbico (g/cm³)

Tipos de densidad

Densidad absoluta

Es la relación entre la masa y el volumen de una sustancia. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa como kilogramo por metro cúbico (kg/m³) o también en g/cm³.

\rho = \frac {m}{V}

Donde $\rho$ es densidad; m, la masa; y V, el volumen.

Densidad relativa

Es la relación de una densidad y otra de referencia. Esto obtiene una división que expresa una magnitud sin dimensiones o adimensional.

\rho_r = \frac {\rho}{\rho_0}

Donde $\rho_r$ es densidad relativa, $\rho$ es densidad de sustancia y $\rho_0$ es la de referencia.

Densidad media y puntual

Cuando una sustancia o sistema tiene características homogéneas, la densidad es la misma en cualquier región de esta. Si sacamos muestras de cualquier punto, siempre obtendremos el mismo valor de esta.

En cambio, un sistema heterogéneo se observa variaciones en diferentes puntos. Para esta situación se utiliza la media o promedio y se obtiene dividiendo la masa por su volumen que se indicará como densidad puntual y será distinta en cada medición infinitesimal del sistema.

Teóricamente, hay límites para expresar volúmenes tan pequeños, si tenemos presente el concepto de fluido, ya que a escalas atómicas el comportamiento puede ser diferente.

Densidad aparente y real

Densidad aparente es útil para sistemas heterogéneos. Estos sistemas se caracterizan por tener intersticios, las cuales la ocupa otra sustancia. Un ejemplo es un conjunto de piedras, las cuales tienen un fluido como el aire entre sus irregularidades. Se puede conocer la densidad de la piedra, pero su aglomeración irregular provoca que el aire llene esos vacíos, entonces debemos usar también el volumen que el aire y hallar un valor real que las represente como total, que finalmente será menos que la de la piedra sola:

\rho_{ap} = \frac {m_{ap}}{V_{ap}} = \frac {m_r + m_{aire}}{V_r + V_{aire}}

Esta no es una propiedad intrínseca del material y depende de su compactación.

densidad del agua — El iceberg flota en el agua líquida

Ejemplos de densidad

Ejemplo de cálculo de masa de una sustancia

Se calculará la masa del mercurio a temperatura ambiente conociendo solo el volumen. La densidad del mercurio 13.6 g/ml. Se necesita la masa de 120 ml de esta sustancia.

Solución: Tenemos el valor del volumen del líquido. Despejamos masa de la ecuación de densidad y con esto calcularemos la masa como sigue:

m = densidad x volumen

m = 13.6 g/ml × 120 ml = 1,632 g

El resultado nos indica que en 120 ml de mercurio hay aproximadamente 1.6 Kg.

Ejemplos prácticos de densidad

Podemos encontrar un ejemplo de cómo esta propiedad varía según la temperatura en el calentamiento global que afecta actualmente al mundo. Esta indica que la temperatura promedio de la superficie terrestre se está elevando, lo cual aumentara la temperatura promedio de los océanos. La consecuencia es que aumentara su volumen, lo cual elevara el nivel del mar, sin considerar el deshielo, a nivel global.

En la tabla se muestra algunos ejemplos:

Sustancia	Densidad (g/cm³)
Aire	0.001
Etanol	0.79
Mercurio	13.6
Hierro	7.9
Oro	19.3
Osmio (El elemento más denso que se conoce)	22.6

Se indican unos valores referenciales para que el lector pueda observar las diferencias, según el estado de la materia:

Sólidos: puede variar entre 0.2 g/cm³ hasta 20 g/cm³.
Líquidos: puede variar entre 0.5 g/ml hasta 4 g/ml
Gases: generalmente solo son de unos pocos gramos por litro.

Podemos hacer comparaciones entre sólidos y líquidos por su flotabilidad. Un ejemplo es la madera en agua, al flotar nos indica que tiene una densidad menor al del agua. Si fuera un pedazo de hierro en agua, el hierro termina al fondo indicándonos un valor mucho más elevado que el agua. Por regla general, el elemento más denso termina por debajo y el más liviano por encima del resto.

La densidad del agua

En la mayoría de las sustancias, el volumen aumenta con la temperatura, por lo que la densidad depende de la temperatura. Por ejemplo, para el caso de agua se nota la variación con la temperatura a la que se mide, así tenemos que:

4 °C, es 1.0000 g/cm³
10°C, es 0.9997 g/cm³
40°C, es 0.9922 g/cm³

El valor de esta propiedad del agua líquida es menor a más temperatura, o en otras palabras su volumen se expande. Cabe indicar que el agua tiene un comportamiento diferente, pues por debajo de 4°C también aumenta su volumen mientras más baja sea la temperatura. El valor máximo de la densidad del agua es 1.0 g/cm³ y cuando llega a la congelación puede llegar a tener hasta 0.917 g/cm³para hielo a 0°C, eso explica que el hielo flote sobre agua al ser menos denso en estado sólido.

¿Por qué la densidad del agua es 1 g/ml?

La densidad del agua es alrededor de 1.00 g/cm³ y esto no es casualidad. La explicación es porque originalmente se definió al gramo como la masa que ocupa un mililitro de agua a cierta temperatura.

Datos importantes

densidad de agua aceite y arena — La sustancia más densa se pone debajo del menos denso

Esta propiedad es útil en líquidos para determinar la masa sin necesidad de pesarla o conocer el volumen si se conoce el peso. Se puede determinar cualquiera de estos datos con solo conocer dos de ellos: Densidad = Masa/Volumen
El principio de densidad fue determinado por el griego Arquímedes.

Preguntas frecuentes sobre densidad