La densidad es una cantidad intensiva de la materia en física y química que expresa cuánta masa de ese material está presente en un volumen dado. Esta propiedad física de la materia se indica con la letra griega ρ.
Para calcular la densidad se utiliza esta fórmula:
Donde,
m es la masa
V es el volumen
En el sistema SI, la densidad se expresa en kilogramos por metro cúbico (kg/m3 ), pero también se usa la unidad más antigua (del sistema cgs) gramos por centímetro cúbico (g/cm3 ) o kilogramos por decímetro cúbico.
Para calcular el volumen de un objeto se puede recurrir al baño de inmersión que realizó Arquímedes. Se trata de sumergir el objeto en un recipiente con una sección que tenga un área fácil de calcular y multiplicar el área por la diferencia de altura de la superficie del agua.
La densidad del agua destilada a la presión de 1 atm y temperatura de 4 °C es de 1000 kilogramo por metro cúbico (kg/m³), es decir, 1 kg por litro.
¿Cómo afecta la presión y la temperatura a la densidad?
La densidad de una sustancia se suele tabular a una determinada temperatura y presión porque depende del tamaño de estas cantidades intensivas.
Para la mayoría de las sustancias, el volumen aumenta linealmente al aumentar la temperatura. Esta dependencia de la temperatura de la densidad se expresa en el coeficiente de expansión de una sustancia.
El agua , entre otros, es una excepción a esta regla. Especialmente a temperaturas más bajas, el coeficiente de expansión del agua muestra un comportamiento desviado: alrededor de 4 ° C el coeficiente de expansión del agua tiene un mínimo .
La relación entre masa y volumen de una sustancia generalmente aumenta linealmente a presiones hidrostáticas más altas. Esta compresibilidad se expresa en el módulo de compresión. El módulo de compresión está estrechamente relacionado con la elasticidad de un material, que se expresa en el módulo elástico.
¿Cómo varía la densidad entre gases, líquidos y sólidos?
La densidad de una sustancia difiere según el estado de agregación en condiciones estándar . En general, la densidad de una sustancia en la fase sólida es mayor que en la fase líquida.
En cambio, la de los gases es mucho menor que la de los líquidos y sólidos en condiciones estándar.
Gases
Un gas generalmente se comporta como un gas ideal a menos que la presión sea muy alta o la temperatura esté muy por debajo de la temperatura crítica del gas. Para un gas ideal, la densidad se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
donde:
M es la masa molar.
P es la presión.
R es la constante del gas.
T es la temperatura absoluta.
Líquidos y sólidos
Los sólidos con estructura cristalina abierta tienen una densidad relativamente baja que los sólidos con una estructura cristalina densa, como los metales y las aleaciones.
Al fundirse, se pierde el orden de la estructura cristalina del sólido y se rompen los enlaces del cristal. Como resultado, la distancia promedio entre átomos o moléculas aumenta de modo que la mayoría de las sustancias se expanden durante la fusión. Por tanto, la densidad de una sustancia suele disminuir durante la fusión.
Tipos de densidad
Densidad absoluta: expresa la relación existente entre la masa y el volumen de una sustancia.
Densidad relativa: es la proporción entre la densidad de una sustancia y la de otra sustancia de referencia y no tiene unidades. Habitualmente el agua es la sustancia de referencia para sólidos y líquidos; para los gases, el aire.
Densidad aparente: se aplica en en materiales que tienen una constitución heterogénea. Por ejemplo, los materiales porosos contienen intersticios de aire u otras sustancias en su interior. Por lo tanto, estos materiales tienen una menor densidad que si el material está compactado.
Densidad de población o población relativa: se refiere al número de habitantes promedio por kilómetro cuadrado de un país, región, área urbana o rural en relación a una unidad de superficie dada del territorio donde se encuentra.
