Valor
de la densidad absoluta del agua pura
El valor de referencia que debe conocerse de memoria para la densidad
del agua pura es:
ρagua = 1000 g.L-1
Esta unidad (gramos por litro) es conveniente para expresar una masa o
volumen de agua o para identificar agua pura, pero se pueden usar otras
unidades. En particular, cuando esta densidad interviene en las
relaciones (principalmente en hidrostática e hidrodinámica), se utiliza
más bien la unidad del sistema internacional, a saber, el kilogramo por
metro cúbico (kg.m-3 ):
ρagua = 1000 kg.m-3
Expresión
en diferentes unidades
La densidad es una cantidad compuesta que se puede expresar como la
relación entre una masa de materia y el volumen ocupado por esta
materia (ver hoja de densidad), por lo que la conversión requiere el
uso de la relación ρ = m / v
Ejemplo Conversión de la densidad del
agua en miligramos por centilitro (mg.cL-1 )
La densidad absoluta del agua es ρagua = 1000 g.L-1 , que corresponde a una masa de 1000 gramos para un volumen
de un litro es:
ρagua = 1000 g
1 L
Convertimos el volumen y la masa por separado:
m = 1000 g = 1000 x 103 mg
v = 1 L = 100 cL
La densidad absoluta se vuelve a calcular utilizando los valores
convertidos:
ρagua = 1000 x 103 mg
100 cL
ρagua = 1.000.10 4 mg.cL-1
Gracias a este método es posible expresar la densidad en cualquier
unidad, ya sea el centigramo por mililitro o el miligramo por
hectómetro cúbico, sin embargo, estos son los valores más utilizados:
ρagua = 1000 kg.L-1 (en kilogramos por litro)
ρagua = 1000 g.L-1 (en gramos por litro)
ρagua = 1000 g.mL-1 (en gramos por
mililitro)
ρagua = 1000 mg.mL-1 (en gramos por
mililitro)
ρagua = 1000 kg.dm-3
(en kilogramos por decímetro cúbico)
ρagua = 1000 g.dm-3 (en gramos por
decímetro cúbico)
ρagua = 1000 kg.m-3 ( en kilogramos por
metro cúbico)
ρagua = 1.000,106
g.m-3 (en
gramos por metro cúbico)
ρagua = 1,000 g.cm-3 (en gramos por
centímetro cúbico)
Expresar
un volumen de agua pura
Un volumen de agua se puede expresar a partir de su densidad y su masa:
ρagua = magua
Vagua
por lo tanto:
Vagua = magua
ρagua
Esta relación es válida siempre que las unidades sean coherentes. Si,
por ejemplo, la densidad está en gramos por mililitro, entonces la masa
debe estar en gramos y el volumen obtenido en mililitros
Ejemplo 1
Queremos encontrar el volumen ocupado por una masa de agua magua
igual a 235 g, podemos usar la densidad absoluta de agua expresado en
gramos por mililitro, es decir , ρagua = 1,000 g.mL-1
Vagua = magua
ρagua
Vagua = 235
1,000
Vagua =
235 mL
Ejemplo 2
Para encontrar el volumen de agua correspondiente a una masa de 2325 kg
de agua,
podemos optar por expresar la densidad del agua en kilogramos por
litro, es decir , ρagua = 1.000 kg.L-1.
Vagua = magua
ρagua
Vagua
= 2325
1.000
Vagua = 235 L
Dado que la densidad absoluta del agua tiene un valor de 1,000 cuando
se expresa en gramos por mililitro, entonces el volumen de agua pura
tiene el mismo valor que su masa, siempre que la masa esté en gramos y
el volumen en mililitros. .
La misma observación se puede hacer cuando la masa de agua se expresa
en kilogramos y el volumen en litros, la densidad también tiene un
valor de 1,000 (pero en kg por litro esta vez) y por lo tanto el
volumen de agua pura. en litros al mismo valor que su masa expresada en
kilogramos.
En resumen :
Vagua pura (en g) = magua pura (en mL)
Vagua pura (en kg) = magua pura (en L)
Expresar
una masa de agua pura
Conocer el volumen de agua pura permite deducir su volumen explotando
la relación:
magua = ρagua x Vagua
Esta relación se verifica con la condición de utilizar unidades de
densidad, volumen y masa que sean coherentes entre sí. Por ejemplo, si
el volumen conocido de agua pura está en gramos, entonces podemos
expresar la densidad en gramos por mililitro (ρagua = 1.000 g.mL-1 ) y así obtener una masa en gramos.
Ejemplo 1
Para encontrar la masa de un volumen de agua pura Vagua
= 67 mL podemos expresar la densidad absoluta en gramos por mililitro (ρagua = 1.000 g.mL-1 ):
m agua = ρagua
x Vagua
m agua = 1,000 x 67
m agua = 65 g
Ejemplo 2
Para encontrar la masa de un volumen de agua pura Vagua
= 26,3 L, podemos elegir el kilogramo por litro como unidad de
densidad, es decir , ρagua = 1000 kg.L-1 .
magua = ρagua x Vagua
magua = 1.000
x 26,3
magua = 26,3 kg
Tenga en cuenta que el coeficiente de proporcionalidad entre masa y
volumen es 1.000 siempre que el volumen esté en litros y la masa en
kilogramos o que el volumen esté en mililitros y la masa en gramos. En
resumen, tenemos las siguientes equivalencias (ya mencionadas en el
párrafo anterior):
magua pura (en mL) = Vagua pura (en g)
magua pura (en L) = Vagua pura
(en kg)
Demuestra
que un líquido es agua pura gracias a su densidad
Cada cuerpo puro tiene su propia densidad absoluta específica, por lo
tanto, basta con determinar la masa de una muestra de materia para
identificar este cuerpo puro.
Para demostrar que un cuerpo líquido está compuesto por agua pura,
basta con verificar que su densidad es la del agua pura, podemos por
ejemplo demostrar que:
ρcuerpo = 1,000 kg.L-1 o ρcuerpo = 1,000 g.mL-1
Demuestrar experimentalmente que un
líquido es agua pura
La densidad no se puede medir directamente, pero se puede calcular a
partir de valores medidos: masa y volumen.
Para obtener un valor preciso de la densidad, el procedimiento es el
siguiente:
- pesar un violín volumétrico vacío, por ejemplo un
frasco con una capacidad de 100 mL.
- llenar el matraz con el líquido a ensayar para
obtener un volumen (Vlíquido = 100 mL)
- pesar el matraz lleno con una balanza para
determinar por diferencia la masa “mlíquido ” en gramos del
líquido que contiene.
- calcular la densidad del líquido ρagua = mlíquido / Vlíquido
- comparamos el resultado con la densidad del agua ρagua = 1.000 g.mL-1 y comprobamos que los dos valores son idénticos o muy
cercanos (dentro del rango de inexactitudes de medición)
Variación
de la densidad del agua en función de la temperatura
La densidad absoluta del agua líquida depende de la temperatura, pero
mientras que la mayoría de las sustancias puras tienen una densidad que
disminuye regularmente cuando aumenta la temperatura, el agua tiene una
característica particular llamada anomalía dilatométrica:
su densidad aumenta de cero a 4 grados Celsius y luego disminuye de 4
grados Celsius El agua por lo tanto tiene una densidad máxima a 4
grados Celsius con ρagua máx(4 ° C) = 999,93 g.L-1 .
Dado que la densidad del agua varía con la temperatura, uno puede
preguntarse si el valor de 1000 gramos por litro utilizado para la
densidad del agua líquida es correcto pero en realidad las variaciones
del agua son muy pequeñas. . Aquí están los valores de cero grados
Celsius a 30 grados Celsius.
Temperatura
(° C)
|
Densidad (g.L-1)
|
0
|
999,841
|
1
|
999,900
|
2
|
999,941
|
3
|
999,965
|
4
|
999,973
|
5
|
999,965
|
6
|
999,941
|
7
|
999,902
|
8
|
999,849
|
9
|
999,781
|
10
|
999,700
|
11
|
999,605
|
12
|
999,498
|
13
|
999,377
|
14
|
999,244
|
15
|
999,099
|
16
|
998,943
|
17
|
998,774
|
18
|
998,595
|
19
|
998,405
|
20
|
998,203
|
21
|
997,992
|
22
|
997,770
|
23
|
997,538
|
24
|
997,296
|
25
|
997,044
|
26
|
996,783
|
27
|
996,512
|
28
|
996,232
|
29
|
995,944
|
30
|
995,646
|
Si redondeamos a la unidad entonces el valor de 1000
gramos por litro es correcto para temperaturas que oscilan entre 0 ° C
(ρagua = 99.841 g.L-1 ) a 11 ° C (ρagua = 999, 6 g.L-1 ).
Estrictamente hablando:
- de 12 a 18 grados Se debe mantener el valor de
999 g.L-1 .
- de 19 a 23 grados Se debe mantener el valor de
998 g.L-1 .
- de 24 a 27 grados Se debe mantener el valor de
997 g.L-1
.