Densidad de la materia
La densidad de la materia es la masa que contiene una sustancia por unidad de volumen y permite identificar materiales y predecir si flotan.
La densidad de la materia es la cantidad de masa que contiene una sustancia por cada unidad de volumen. Es una propiedad intensiva que sirve para identificar materiales, predecir si un objeto flotará o se hundirá y controlar la calidad de productos tan distintos como la leche, el combustible o una aleación.
¿Qué es la densidad?
La densidad (símbolo ρ, letra griega «ro») relaciona la masa de un cuerpo con el volumen que ocupa. Un kilo de plomo y un kilo de plumas tienen la misma masa, pero el plomo ocupa mucho menos espacio porque sus átomos son más pesados y están más compactados. Se trata de una propiedad intensiva: no depende de cuánta cantidad de sustancia tengamos, de modo que una gota de agua y una piscina tienen la misma densidad a igual temperatura.
En el Sistema Internacional se mide en kg/m³, aunque en química es más habitual usar g/cm³ (o g/mL, que es lo mismo) y g/L para los gases. La equivalencia es útil: 1 g/cm³ = 1 000 kg/m³. Para saber más sobre el concepto general consulta densidad.
Densidad de algunas sustancias
| Sustancia | Densidad aproximada (g/cm³) | Estado a 20 °C |
|---|---|---|
| Aire | 0,0012 | Gas |
| Etanol | 0,79 | Líquido |
| Aceite de oliva | 0,91 | Líquido |
| Hielo (0 °C) | 0,917 | Sólido |
| Agua | 0,998 (1,00 a 4 °C) | Líquido |
| Aluminio | 2,70 | Sólido |
| Hierro | 7,87 | Sólido |
| Cobre | 8,96 | Sólido |
| Plomo | 11,34 | Sólido |
| Mercurio | 13,55 | Líquido |
| Oro | 19,3 | Sólido |
El elemento más denso conocido en condiciones normales es el osmio, con unos 22,6 g/cm³.
Factores que modifican la densidad
- Temperatura: al calentar, la mayoría de las sustancias se dilatan, ocupan más volumen y su densidad disminuye. El agua es una excepción notable: alcanza su máxima densidad a 4 °C, y por eso el hielo (0,917 g/cm³) flota sobre el agua líquida y los lagos se congelan de arriba abajo.
- Presión: afecta sobre todo a los gases, que se comprimen con facilidad; en sólidos y líquidos el efecto es mínimo.
- Composición: una disolución de sal en agua es más densa que el agua pura, motivo por el que flotamos mejor en el mar.
Para un gas ideal, la densidad se calcula con ρ = P·M / (R·T), lo que explica que el aire caliente (menos denso) ascienda.
¿Cómo se mide la densidad?
- Sólido regular: se pesa en una balanza y se calcula el volumen con fórmulas geométricas (por ejemplo, largo × ancho × alto).
- Sólido irregular: se sumerge en una probeta con agua y el aumento de nivel da su volumen (principio de Arquímedes).
- Líquido: se pesa un volumen conocido con una probeta o un picnómetro, o se mide directamente con un densímetro (hidrómetro).
- Gas: se mide la masa de un recipiente con y sin gas, o se calcula a partir de la presión y la temperatura.
Densidad, flotación y aplicaciones
Un cuerpo flota en un fluido si su densidad media es menor que la del fluido. Por eso el aceite se queda sobre el agua, un barco de acero (hueco y lleno de aire) no se hunde y los globos de helio ascienden. La densidad se usa para comprobar la pureza del oro, medir el contenido de alcohol en bebidas, la carga de una batería de plomo o la concentración de azúcar en el mosto, y es la base de métodos de separación de mezclas como la decantación o la centrifugación.
Ejercicios resueltos
1. Una pieza metálica pesa 54 g y ocupa 20 cm³. ¿Cuál es su densidad y de qué metal puede ser?
ρ = 54 g / 20 cm³ = 2,7 g/cm³, valor que coincide con el del aluminio.
2. Se introduce una tuerca de 63 g en una probeta con 50 mL de agua y el nivel sube hasta 58 mL. Calcula su densidad.
Volumen = 58 – 50 = 8 mL = 8 cm³. ρ = 63 / 8 = 7,9 g/cm³, es decir, hierro (acero).
3. ¿Qué masa tienen 250 mL de etanol (ρ = 0,79 g/mL)?
m = ρ · V = 0,79 g/mL · 250 mL = 197,5 g.
4. Expresa la densidad del agua (1,00 g/cm³) en kg/m³.
1 g = 10⁻³ kg y 1 cm³ = 10⁻⁶ m³, luego 1 g/cm³ = 10⁻³ / 10⁻⁶ = 10³ kg/m³: 1 000 kg/m³.
Preguntas frecuentes
¿Es lo mismo densidad que peso?
No. El peso es la fuerza con que la gravedad atrae un cuerpo y depende de su cantidad; la densidad es la masa por unidad de volumen y es característica de la sustancia, sea cual sea la cantidad.
¿Por qué flota el hielo en el agua?
Porque al congelarse el agua forma una estructura cristalina abierta que ocupa más volumen: el hielo tiene una densidad de 0,917 g/cm³, inferior a la del agua líquida.
¿Cuál es la unidad de densidad?
En el Sistema Internacional, el kg/m³. En química se emplean mucho g/cm³ y g/mL, con 1 g/cm³ equivalente a 1 000 kg/m³.
¿Un objeto grande es siempre más denso?
No. Un objeto grande puede tener poca masa, como un globo, mientras que uno pequeño de plomo es muy denso. Lo que cuenta es la relación masa/volumen.
¿Qué es la densidad relativa?
Es el cociente entre la densidad de una sustancia y la del agua (normalmente a 4 °C); es adimensional y numéricamente igual a la densidad expresada en g/cm³.
Referencias
- Chang, R. y Goldsby, K. Química. McGraw-Hill.
- Haynes, W. M. (ed.). CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press.
- Brown, T. L. et al. Química: la ciencia central. Pearson.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2023). «Densidad de la materia». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/quimica/densidad-de-la-materia/
