¿Qué es densidad?

Definición de Densidad

La densidad es una propiedad intensiva que relaciona la masa y el volumen de un objeto. Esta también es una unidad derivada que se obtiene de la división de la masa y el volumen de objeto en mención, se expresa en el SI como g/cm3 en sólidos y g/ml en líquidos.

Densidad = Masa (g)/Volumen (ml o cm3 )

La densidad del agua

densidad del agua
El iceberg flota en el agua liquida

En la mayoría de 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

Como se puede apreciar el valor de esta propiedad del agua liquida 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 mas 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/cmpara hielo a 0°C, eso explica que el hielo flote sobre agua al ser menos denso en estado sólido.

¿Porque 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 mas 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

Ejemplo de calculo de masa de una sustancia

Se calculara 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 liquido. despejamos masa de la ecuación de densidad y con esto calcularemos la masa como sigue:

m = densidad  x volumen

m = 13.6gml×120 mlm = 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, en este aspecto, 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:

SustanciaDensidad (g/cm3)
Aire0.001
Etanol0.79
Mercurio13.6
Hierro7.9
Oro19.3
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 mas liviano por encima del resto.

Tipos de 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.

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.

Media y puntual

Cuando una sustancia o sistema tiene características homogéneas, la densidad es la misma en cualquier región de la misma. 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 indicara como densidad puntual y sera distinta en cada medición infinitesimal del sistema.

\rho =<br /> \lim_{V \to 0} \frac {m}{V} =<br /> \frac {d m}{d V}

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

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 sera 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.

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