Densidad
La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo sobre metro cúbico (kg/m3), aunque frecuente se expresa en g/cm3. La densidad es una magnitud intensiva.
donde ρ es la densidad, m es la masa y V es el volumen del cuerpo.
Densidad relativa

Densidad relativa

La densidad relativa de una sustancia es la relacion existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades).
donde ρr es la densidad relativa, ρ es la densidad absoluta y ρ0 es la densidad de referencia.
Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m3, es decir, 1 kg/L.
Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.

Unidades de densidad

Unidades de densidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI):
kilogramo por metro cúbico (kg/m³).
gramo por centímetro cúbico (g/cm³).
kilogramo por litro (kg/L) o kilogramo por decímetro cúbico. El agua tiene una densidad próxima a 1 kg/L (1000 g/dm³ = 1 g/cm³= 1 g/mL).
gramo por mililitro (g/mL), que equivale a (g/cm³).
Para los gases suele usarse el gramo por decímetro cúbico (g/dm³) o gramo por litro (g/L), con la finalidad de simplificar con la constante universal de los gases ideales:
Unidades usadas en el Sistema Anglosajón de Unidades:
onza por pulgada cúbica (oz/in3)
libra por pulgada cúbica (lb/in3)
libra por pie cúbico (lb/ft3)
libra por yarda cúbica (lb/yd3)
libra por galón (lb/gal)
libra por bushel americano (lb/bu)
slug por pie cúbico.

Densidad media y puntual

Para un sistema homogéneo, la fórmula masa/volumen puede aplicarse en cualquier región del sistema obteniendo siempre el mismo resultado.
Sin embargo, un sistema heterogéneo no presenta la misma densidad en partes diferentes. En este caso, hay que medir la "densidad media", dividiendo la masa del objeto por su volumen o la "densidad puntual" que será distinta en cada punto, posición o porción infinitesimal) del sistema, y que vendrá definida por

Densidad aparente y densidad real

La densidad aparente es una magnitud aplicada en materiales porosos como el suelo, los cuales forman cuerpos heterogéneos con intersticios de aire u otra sustancia normalmente más ligera, de forma que la densidad total del cuerpo es menor que la densidad del material poroso si se compactase.
En el caso de un material mezclado con aire se tiene:
La densidad aparente de un material no es una propiedad intrínseca del material y depende de su compactación.

Medición de densidad


Picnómetro

La densidad puede obtenerse de forma indirecta y de forma directa. Para la obtención indirecta de la densidad, se miden la masa y el volumen por separado y posteriormente se calcula la densidad. La masa se mide habitualmente con una balanza, mientras que el volumen puede medirse determinando la forma del objeto y midiendo las dimensiones apropiadas o mediante el desplazamiento de un líquido, entre otros métodos.
Entre los instrumentos más comunes para la medida de densidades tenemos:
El densímetro, que permite la medida directa de la densidad de un líquido
El picnómetro, es un aparato que permite la medida precisa de la densidad de sólidos, líquidos y gases picnómetro de gas.
La balanza de Mohr es una variante de balanza hidrostática que permite la medida precisa de la densidad de líquidos.
Otra posibilidad para determinar las densidades de líquidos y gases es utilizar un instrumento digital basado en el principio del tubo en U oscilante.

Cambios de densidad

En general, la densidad de una sustancia varía cuando cambia la presión o la temperatura.
Cuando aumenta la presión, la densidad de cualquier material estable también aumenta.
Como regla general, al aumentar la temperatura, la densidad disminuye (si la presión permanece constante). Sin embargo, existen notables excepciones a esta regla. Por ejemplo, la densidad del agua crece entre el punto de fusión (a 0 °C) y los 4 °C; algo similar ocurre con el silicio a bajas temperaturas.

El efecto de la temperatura y la presión en los sólidos y líquidos es muy pequeño, por lo que típicamente la compresibilidad de un líquido o sólido es de 10–6 bar–1 (1 bar=0,1 MPa) y el coeficiente de dilatación térmica es de 10–5 K–1.
Por otro lado, la densidad de los gases es fuertemente afectada por la presión y la temperatura. La ley de los gases ideales describe matemáticamente la relación entre estas tres magnitudes:
donde es la constante universal de los gases ideales, es la presión del gas, su masa molar y la temperatura absoluta.
Eso significa que un gas ideal a 300 K (27 °C) y 1 atm duplicará su densidad si se aumenta la presión a 2 atm manteniendo la temperatura constante o, alternativamente, se reduce su temperatura a 150 K manteniendo la presión constante.

Densímetro

Un densímetro, es un instrumento que sirve para determinar la densidad relativa de los líquidos sin necesidad de calcular antes su masa y volumen. Normalmente, está hecho de vidrio y consiste en un cilindro hueco con un bulbo pesado en su extremo para que pueda flotar en posición vertical.
El término utilizado en inglés es “hydrometer”; sin embargo, en español, un hidrómetro es una instrumento bien diferente que sirve para medir el caudal, la velocidad o la fuerza de un líquido en movimiento.

Modo de empleo

El densímetro se introduce gradualmente en el líquido para que flote libremente. A continuación se observa en la escala el punto en el que la superficie del líquido toca el cilindro del densímetro. Los densímetros generalmente contienen una escala de papel dentro de ellos para que se pueda leer directamente la densidad específica, en gramos por centímetro cúbico.
En líquidos ligeros, como queroseno, gasolina, y alcohol, el densímetro se debe hundir más para disponer el peso del líquido que en líquidos densos como agua salada, leche, y ácidos. De hecho, es usual tener dos instrumentos distintos: uno para los líquidos en general y otro para los líquidos poco densos, teniendo como diferencia la posición de las marcas medidas.
El densímetro se utiliza también en la enología para saber en qué momento de maceración se encuentra el vino. En el caso del alcohol el que se utiliza para medir, es el alcoholimetro de Gay Lussac, con este se determina los grados Guy Lussac.

Tipos de densímetro

La forma más conocida de densímetro es la que se usa para medir la densidad de leche, llamado lactómetro, que sirve para conocer la calidad de la leche. La densidad específica de la leche de vaca varía de 1,027 hasta 1,035. Como la leche contiene otras sustancias, aparte de agua (87%), también se puede saber la densidad específica de albúmina, azúcar, sal, y otras sustancias más ligeras que el agua.
Para comprobar el estado de carga de una batería se utiliza variedad de densímetro. Está constituido por una probeta de cristal, con una prolongación abierta, para introducir por ella el líquido a medir, el cual se absorbe por el vacío interno que crea una pera de goma situada en la parte superior de la probeta. En el interior de la misma va situada una ampolla de vidrio, cerrada y llena de aire, equilibrada con un peso a base de perdigones de plomo. La ampolla va graduada en unidades densimétricas, de 1 a 1,30.
Lactómetro - Para medir la densidad específica y calidad de la leche.
Sacarómetro - Para medir la cantidad de azúcar de una melaza.
Salímetro - Para medir la densidad específica de las sales.
Areómetro Baumé - Para medir concentraciones de disoluciones.
La escala Baumé se basa en considerar el valor de 10ºBé al agua destilada. Existen fórmulas de conversión de ºBé en densidades:
Para líquidos mas densos que el agua: d = 146'3/(136'3+n)
Para líquidos menos densos que el agua: d = 146'3/(136'3-n)

Uso comercial

Puesto que el valor comercial de muchos líquidos, como soluciones de azúcar, ácido sulfúrico, alcohol, y vino, dependen directamente en la densidad específica, los densímetros se usan profusamente.

COMPOSICIÓN DE BATERÍAS MÁS COMUNES

Zinc/Carbono: son las pilas llamadas comunes o especiales para linterna, contienen muy poco Mercurio, menos del 0,01%. Esta compuesta por Carbono, Zinc, Dióxido de Manganeso y Cloruro de Amoníaco. Puede contaminar 3.000 litros de agua por unidad.
Alcalinas (Manganeso): son mas recientes que las anteriores. Su principio activo es un compuesto alcalino (Hidróxido Potasio). Su duración es 6 veces mayor que las Zinc/Carbono. Esta compuesta por Dióxido de Manganeso, Hidróxido de Potasio, pasta de Zinc amalgamada con Mercurio (total 1%), Carbón o Grafito. Una sola pila alcalina puede contaminar 175.000 litros de agua (mas de lo que puede consumir un hombre en toda su vida).
Mercurio: Fue la primer pila que se construyo del tipo micropila o botón. Exteriormente se construyen de acero y consta de un electrodo de Oxido de Mercurio con polvo de Grafito, el electrolito esta compuesto de Hidróxido de Potasio embebido en un material esponjoso absorbente y pasta de Zinc disuelto en Mercurio. Contiene entre un 25 y un 30% de Mercurio. Esta micropila puede contaminar 600.000 litros de agua.
Níquel/Cadmio: Esta pila tiene la forma de la pila clásica o alcalina, pero tiene la ventaja que se puede recargar muchas veces. Esta constituida por Níquel laminado y Cadmio separado por nylon o polipropileno, todo arrollado en espiral. No contiene Mercurio. Sus residuos son peligrosos para el medio ambiente, principalmente por la presencia del Cadmio.