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Propiedades de la Materia: Masa, Peso, Volumen y Densidad

Foto del escritor: Red Cientifica EscolarRed Cientifica Escolar
2 may 20247 Min. de lectura

Actualizado: 7 may 2024

Guía de Lectura: Conceptos de Masa, Peso, Volumen y Densidad para Estudiantes de enseñanza media.


Bienvenidos, estudiantes.

En esta guĂ­a, vamos a profundizar en los conceptos de masa, peso, volumen y densidad como propiedades caracterĂ­sticas de la materia. AdemĂĄs, conoceremos los instrumentos de laboratorio mĂĄs comunes para medir estas propiedades, asĂ­ como las unidades de medida y sus conversiones. Esto los prepararĂĄ para la prĂłxima sesiĂłn prĂĄctica de laboratorio, por lo que ÂĄvamos a leer cuidadosamente!



1. Masa y Peso

¿Alguna vez te has preguntado qué significan realmente los términos "masa" y "peso" en el lenguaje químico? Aunque a menudo se utilizan como sinónimos, pero en verdad tienen significados diferentes.


Masa:

  • La masa es la cantidad de materia en un objeto. Se podrĂ­a expresar como el nĂșmero de ĂĄtomos que posee un cuerpo.

  • Se mide en kilogramos (kg) en el Sistema Internacional de Unidades (SI).

  • A diferencia del peso, la masa permanece constante en cualquier lugar.

Peso:

  • El peso es la fuerza que la gravedad ejerce sobre un objeto.

  • Se mide en Newtons (N), ya que es una fuerza.

VarĂ­a segĂșn el lugar debido a las diferencias en la gravedad.


Ejemplo: una persona tiene la misma masa en la Tierra y la Luna, pero pesarĂĄ menos en la Luna debido a la menor gravedad lunar.

Vamos a definir claramente los valores de masa y peso para una persona:

- En la Tierra:

- Masa: 75 kg

- Peso: Para calcular el peso, se multiplica la masa por la aceleraciĂłn debida a la gravedad en la Tierra (aproximadamente 9.8 m/sÂČ).

- Fórmula: Peso = Masa × Gravedad

- Resultado: 75 kg × 9.8 m/sÂČ = 735 Newtons (N)

- En la Luna:

- Masa: 75 kg (la masa no cambia)

- Peso: La gravedad en la Luna es aproximadamente una sexta parte de la gravedad en la Tierra (1.6 m/sÂČ).

- Fórmula: Peso = Masa × Gravedad

- Resultado: 75 kg × 1.6 m/sÂČ = 120 Newtons (N)


En resumen, aunque la masa de la persona es constante (75 kg), su peso cambia de 735 N en la Tierra a 120 N en la Luna debido a la diferencia en la gravedad.



2. Instrumentos para medir masa y peso:

  • Balanza de laboratorio: utilizada para medir la masa de objetos o sustancias con precisiĂłn.


Una balanza generalmente mide el peso en unidades de masa, como kilogramos (kg) o libras (lb). Sin embargo, técnicamente, la balanza estå midiendo el peso, que es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto. Por lo tanto, en la Tierra, una balanza calcula el peso usando la gravedad terrestre y lo presenta en una escala de masa como kilogramos o libras.

Es importante recordar que, aunque la balanza muestra el peso como una unidad de masa, ese valor cambiarĂ­a en la Luna debido a la diferencia en la gravedad.


  • DinamĂłmetro: mide el peso de un objeto en Newtons.


ÂżCuĂĄl es la diferencia entre una balanza y un dinamĂłmetro?

Una balanza y un dinamĂłmetro son instrumentos que sirven para medir cantidades relacionadas con el peso, pero hay diferencias entre ellos:

  1. Balanza:

  • Uso: EstĂĄ diseñada para medir la masa de un objeto.

  • Unidades: Suele presentar la masa en unidades como kilogramos (kg) o libras (lb).

  • Funcionamiento: Compara el objeto a medir con una masa de referencia o usa un sensor para medir la fuerza que actĂșa sobre el objeto en funciĂłn de la gravedad local. Aunque mide la fuerza gravitacional (peso), presenta el valor en tĂ©rminos de masa.

  1. DinamĂłmetro:

  • Uso: EstĂĄ diseñado para medir fuerzas.

  • Unidades: Suele mostrar el valor en unidades de fuerza como Newtons (N).

  • Funcionamiento: Utiliza un resorte u otro mecanismo sensible a la fuerza. Cuando se aplica una fuerza al dinamĂłmetro, el resorte se deforma, lo que permite medir directamente la cantidad de fuerza aplicada, como el peso o la tensiĂłn.

En resumen, las balanzas estån calibradas para medir masa, mientras que los dinamómetros estån diseñados para medir fuerzas, incluyendo el peso como una forma de fuerza.


 

3. Volumen

ÂżAlguna vez has tenido que usar el concepto 'volumen' fuera de la clase de quĂ­mica?

Probablemente te suene el volumen de la mĂșsica, pero recuerda, en quĂ­mica, las palabras tienen un significado muy preciso y Ășnico:


Volumen:

  • Es el espacio que ocupa un objeto.

  • En quĂ­mica, trabajamos con volĂșmenes como el centĂ­metro cĂșbico (cmÂł) y el litro (L).

  • 1 litro es igual a 1 decĂ­metro cĂșbico (dmÂł) y equivale a 1000 mililitros (mL).


4. Instrumentos para medir volumen:

  • Probeta o cilindro graduado: mide el volumen de lĂ­quidos con precisiĂłn.

  • Pipeta: para medir y transferir volĂșmenes pequeños.

  • Matraz aforado: mide volĂșmenes exactos.





 

5. Densidad

Si combinamos las dos propiedades anteriores, masa y volumen, obtenemos una tercera propiedad, muy Ăștil para describir a las diferentes sustancias quĂ­micas.


Densidad:

  • La densidad es una propiedad que relaciona la masa con el volumen de un objeto.

  • Su fĂłrmula es Densidad = Masa / Volumen.

  • Es una propiedad intensiva, lo que significa que no cambia con la cantidad de materia.

  • Se expresa en g/cmÂł o g/mL para sĂłlidos y lĂ­quidos, y en g/L para gases.

  • CĂĄlculo de densidad


6. Instrumentos para medir densidad:

  • PicnĂłmetro: utilizado para medir la densidad de lĂ­quidos.

  • HidrĂłmetro: mide la densidad relativa de los lĂ­quidos.


El picnĂłmetro y el hidrĂłmetro son instrumentos utilizados para medir la densidad de los lĂ­quidos. Cada uno funciona de manera diferente:

  1. PicnĂłmetro:

  • DescripciĂłn: Es un pequeño frasco de vidrio con un volumen fijo y un tapĂłn ajustado con precisiĂłn. A menudo, el tapĂłn tiene un orificio para permitir la salida del exceso de lĂ­quido.

  • Funcionamiento: Se llena con el lĂ­quido cuya densidad se quiere medir, y luego se pesa el picnĂłmetro lleno y vacĂ­o para determinar la masa del lĂ­quido.

  • CĂĄlculo: La densidad se calcula dividiendo la masa del lĂ­quido entre el volumen del picnĂłmetro, que es conocido. De esta manera, el picnĂłmetro proporciona una medida precisa de la densidad del lĂ­quido.

  1. HidrĂłmetro:

  • DescripciĂłn: Es un dispositivo flotante en forma de cilindro con un lastre en el fondo para que se mantenga erguido. Tiene una escala graduada en su tallo.

  • Funcionamiento: Se sumerge en el lĂ­quido cuya densidad se quiere medir. La profundidad a la que se hunde depende de la densidad del lĂ­quido. La escala graduada en el tallo del hidrĂłmetro indica directamente la densidad o gravedad especĂ­fica.

  • Principio: Funciona basĂĄndose en el principio de ArquĂ­medes, que establece que un objeto sumergido en un fluido experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del fluido desplazado.


En resumen, el picnĂłmetro proporciona una mediciĂłn precisa utilizando la masa y el volumen, mientras que el hidrĂłmetro proporciona una lectura directa basada en el principio de flotaciĂłn.


7. RelaciĂłn entre masa, peso, volumen y densidad.


La masa nos indica la cantidad de materia en un objeto, el peso es la fuerza gravitacional que actĂșa sobre Ă©l. El volumen nos habla del espacio que ocupa un objeto, mientras que la densidad nos da una idea de cuĂĄn compacta o dispersa estĂĄ la materia. Estos conceptos son fundamentales en quĂ­mica y nos ayudan a comprender mejor las propiedades de las sustancias que nos rodean.




 

8. RevisiĂłn HistĂłrica de los conceptos Masa, Peso, Volumen y Densidad

La comprensiĂłn de los conceptos de masa, peso, volumen y densidad ha evolucionado a lo largo del tiempo, con el aporte de diferentes cientĂ­ficos.

Masa y Peso:

- Isaac Newton (1643-1727): desarrollĂł la ley de gravitaciĂłn universal, la cual formalizĂł el concepto de peso como una fuerza resultante de la atracciĂłn gravitatoria entre dos cuerpos.

- Marie Curie (1867-1934): descubriĂł la radioactividad natural. Sus experimentos con elementos radioactivos generaron conocimientos sobre la relaciĂłn entre la masa y la energĂ­a, influyendo en el desarrollo de la fĂ­sica nuclear.


Volumen:

- ArquĂ­medes (287-212 a.C.): enunciĂł el principio que lleva su nombre, el cual establece que un objeto sumergido en un fluido experimenta una fuerza de empuje igual al peso del fluido desplazado, lo que permitiĂł estimar el volumen de los sĂłlidos irregulares.

- Emilie du Chùtelet (1706-1749): una filósofa y matemåtica que tradujo al francés las obras de Newton. Realizó experimentos que ayudaron a refinar la comprensión de la conservación de la energía en relación con la masa y el volumen.


Densidad:

- Robert Boyle (1627-1691): desarrollĂł la ley de Boyle, que describe la relaciĂłn inversa entre presiĂłn y volumen en los gases, sentando las bases para comprender la densidad de los gases.

- Lise Meitner (1878-1968): contribuyĂł al descubrimiento de la fisiĂłn nuclear y la energĂ­a nuclear. Esto ampliĂł la comprensiĂłn sobre la densidad de elementos pesados.

Estos cientĂ­ficos, entre muchos otros, sentaron las bases para comprender cĂłmo las propiedades de la masa, el peso, el volumen y la densidad interactĂșan entre sĂ­, y cĂłmo afectan el comportamiento de la materia en diferentes condiciones.



 

9. Resumen

- La masa indica la cantidad de materia en un objeto, y el peso es la fuerza gravitacional que actĂșa sobre Ă©l.

- El volumen mide el espacio que ocupa un objeto, mientras que la densidad refleja cuĂĄn compacta o dispersa estĂĄ la materia.

- Estos conceptos han sido desarrollados y perfeccionados por distintos cientĂ­ficos, cuyo trabajo sigue siendo esencial en la comprensiĂłn de las propiedades de la materia.



 

10. Referencias


  • Chang, R., & Goldsby, K. (2017). QuĂ­mica (12.ÂȘ ed.). MĂ©xico: McGraw-Hill.

  • Gillispie, C. C. (2008). The Montgolfier Brothers and the Invention of Aviation 1783-1784 (Vol. 1). Princeton University Press.

  • Hargittai, I., & Hargittai, M. (2015). Women Scientists: Reflections, Challenges, and Breaking Boundaries. Oxford University Press.

  • (Incluye informaciĂłn sobre Marie Curie y Lise Meitner)

  • Smith, G. E. (2014). Isaac Newton: Natural Philosopher. Cambridge University Press.

  • (Contiene detalles sobre las contribuciones de Isaac Newton al concepto de peso)

  • van Wyhe, J. (2008). Archimedes to Hawking: Laws of Science and the Great Minds Behind Them. Oxford University Press.

  • (Se incluye informaciĂłn sobre el principio de ArquĂ­medes)

  • Zeidman-Karpinski, A., & Flanagan, C. (2004). Émilie du ChĂątelet: the genius that time forgot. Resource Sharing and Information Networks, 17(1-2), 89-105.

  • (Detalles sobre los aportes de Émilie du ChĂątelet)



 

11. Figuras


Figura 1.9.

El kilogramo prototipo estĂĄ hecho de una aleaciĂłn de platino e iridio. Se conserva en un depĂłsito de seguridad en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas que se encuentra en SĂ©vres, Francia. ÂĄEn 2007 se descubriĂł que la aleaciĂłn ha perdido en forma misteriosa aproximadamente 50 mg! (Chang, 2017)


(Chang & Goldsby, 2017)


Figura 1.10

ComparaciĂłn de dos volĂșmenes, 1 mL y 1 000 mL.

(Chang & Goldsby, 2017)





 

12. Ejercicios en el cuaderno


En su cuaderno, desarrolle los siguientes ejercicios:


  1. Una pieza de platino metĂĄlico con densidad de 21.5 g/cm3 tiene un volumen de 4.49 cm3 . ÂżCuĂĄl es su masa?

  2. La densidad del ĂĄcido sulfĂșrico en cierto acumulador de automĂłvil es de 1.41 g/mL. Calcule la masa de 242 mL del lĂ­quido.



 

13. Ejercicios digitales


Masa, Peso, Volumen y Densidad 1



Masa, Peso, Volumen y Densidad 2





Masa, Peso, Volumen y Densidad 3


 
 
 
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