Читать книгу Operaciones básicas del proceso, mezclas y disoluciones. QUIE0108 - Sergio Hurtado Melo - Страница 37

Cuando se cuantifica alguna propiedad de la materia mediante un número, este debe ir acompañado de su correspondiente unidad de medida. Cada magnitud tiene una unidad de medida característica y se puede expresar de diferentes formas; en el siguiente apartado se estudian las unidades en el Sistema Internacional.

Nota

También existen otros sistemas, como por ejemplo el Sistema Anglosajón de Unidades, usado en países de habla inglesa como Reino Unido, Estados Unidos, etc.

Unidades en el Sistema Internacional (SI)

Este sistema recoge siete unidades denominadas fundamentales, a partir de las cuales se obtienen todas las demás, las cuales aparecen en la siguiente tabla.

Magnitud física	Nombre de la unidad	Abreviatura
Masa	Kilogramo	Kg
Longitud	Metro	m
Tiempo	Segundo	s
Temperatura	Kelvin	K
Cantidad de sustancia	Mol	mol
Corriente eléctrica	Amperio	A
Intensidad lumínica	Candela	cd

Con frecuencia se usan una serie de prefijos para indicar los múltiplos de dichas unidades. Los más usados se recogen en la siguiente tabla.

Prefijo	Abreviatura	Significado	Equivalencia
Giga	G	109	1 Gigametro (Gm) = 1 × 109 m
Mega	M	106	1 Gigametro (Gm) = 1 × 106 m
Kilo	K	103	1 kilómetro (km) = 1 × 103 m
Deci	d	10-1	1 decímetro (dm) = 1 × 10-1 m
Centi	c	10-2	1 centímetro (cm) = 1 × 10-2 m
Mili	m	10-3	1 milimetro (mm) = 1 × 10-3 m
Micro	μ	10-6	1 micrómetro (μm) = 1 × 10-6 m
Nano	n	10-9	1 nanómetro (nm) = 1 × 10-9 m
Pico	p	10-12	1 picómetro (Gm) = 1 × 10-12 m

Escalas de temperatura

La temperatura es una magnitud que se mide fundamentalmente según tres escalas, las cuales son:

1 La escala Celsius (°C): toma el punto de congelación del agua en 0 °C y el de ebullición en 100 °C. Es la escala usada en la mayor parte de los países, incluido España.

2 La escala Kelvin (K): es la escala de temperatura en el SI. El valor más bajo que puede alcanzarse en esta escala se llama cero absoluto y equivale a – 273,15 °C, por tanto 0 °C equivalen a 273,15 K. Para pasar de grados Celsius (°C) a grados Kelvin (K), se usa la siguiente relación:K = °C + 273,15

3 La escala Fahrenheit (°F): es la escala usada en Estados Unidos, en la cual el punto de congelación del agua se sitúa en 32 °F y el de ebullición en 212 °F. Para pasar de grados Celsius (°C) a grados Fahrenheit (°F) o viceversa se usan las siguientes expresiones:

Ejemplo

En Sevilla, durante el mes de agosto se ha alcanzado una máxima de 43 °C. Al expresar dicho valor en K y en °F se obtiene la siguiente solución.

K = 43 + 273,15 = 316,15 K

Otras unidades obtenidas a partir de las fundamentales

En la siguiente tabla se recogen las unidades en el SI de las principales magnitudes físicas usadas tanto que química como en física, algunas de las cuales se estudian en los capítulos sucesivos del presente manual.

Magnitud física	Nombre de la unidad	Abreviatura
Volumen	metros cúbicos	m3
Densidad	kilogramos/metros cúbicos	kg/m3
Fuerza	Newton	N
Presión	Pascales	Pa
Energía	Julios	J
Potencia	Vatios	W
Viscosidad	kilogramos/metro∙segundo	kg/m∙s

Otra forma usual de dar el volumen en química es en litros, teniendo en cuenta que un litro equivale a un decímetro cúbico (1 L = 1 dm³).

Como se puede apreciar, la densidad es una magnitud que relaciona la masa (ya sea de un sólido, líquido o gas) con el volumen que ocupa. Otras unidades en las que se expresa la densidad son en gramos por centímetro cúbico (g/cm³) o en gramos por litro (g/L).

Sabía que...

La densidad del agua a 25 °C (temperatura ambiente) es de 1 g/cm³.

Todas las magnitudes deben estar en las mismas unidades, es decir, si la masa la dan, por ejemplo, en kilogramos, primero habría que convertir la masa en gramos, ya que la densidad viene expresada en g/cm³, o bien haber pasado dicha densidad a Kg/m³.

Aplicación práctica

Se necesitan 20 g de etanol para llevar a cabo una prueba de destilación y en el laboratorio se dispone de una garrafa del mismo. Sabiendo que la densidad del alcohol es de 0,79 g/cm3, ¿qué volumen, en mililitros, se ha de tomar de dicha garrafa?

SOLUCIÓN

De la definición de densidad se obtiene el volumen de alcohol necesario en centímetros cúbicos:

Una vez calculado el volumen en centímetros cúbicos, este se expresa en mililitros a través de una simple regla de tres o un factor de conversión (el cual se estudiará en profundidad más adelante) teniendo en cuenta que 1 L equivale a 1 dm³:

Se deduce del resultado obtenido, que 1 cm³ equivale a 1 mL.

Incertidumbre en la medida

En las mediciones en química se suelen obtener muchos números inexactos, es decir, que tienen alguna incertidumbre o error en su medida. Lo contrario son números exactos, que tienen un valor definido, como por ejemplo contar el número de alumnos que asiste a una clase. Esta incertidumbre en los números inexactos es debida a errores inherentes de los equipos de medida o a errores humanos -distintas personas realizando una misma medición pueden obtener resultados distintos-. De esta forma, se introducen los conceptos de:

1 La precisión: mide la concordancia que existe entre distintas mediciones individuales de una misma magnitud.

2 La exactitud: se refiere a qué porcentaje de las mediciones individuales realizadas se acercan al valor correcto, también denominado verdadero.

Ejemplo

Por ejemplo, una balanza que no esté bien calibrada.

Cifras significativas

Las cantidades que se miden se expresan de tal forma que solo el último dígito es incierto. Por ejemplo, si se ha realizado una medida de masa de una muestra de carbonato cálcico (CaCO₃) a analizar en el laboratorio, y se expresa el resultado como:

5,0456 ± 0,0001

la notación ± (más/menos) indica la incertidumbre en la medida.

Los ceros, en función de su posición en la cifra obtenida en la medición, pueden corresponder a cifras significativas o no. Los diferentes casos que se pueden presentar son:

1 Los ceros comprendidos entre números distintos de cero siempre son significativos, por ejemplo: 2.007 Kg (cuatro cifras significativas); 1,07 m (3 cifras significativas).

2 Los ceros al principio de un número nunca son significativos, por ejemplo: 0,05 g (una cifra significativa); 0,005 (tres cifras significativas).

3 Los ceros después de un número en los decimales siempre son significativos, por ejemplo: 0,0500 (tres cifras significativas); 3,0 (dos cifras significativas).

4 Cuando un número termina en ceros, estos podrán ser o no significativos; para saberlo se escribe el número en notación científica (en potencias de 10). Por ejemplo, una masa de 10.500 g se puede escribir en forma de potencia de tres formas distintas: 1,05·104 (tres cifras significativas); 1,050·104 (cuatro cifras significativas); 1,0500·104 (cinco cifras significativas).

Recuerde

Todos los dígitos de una magnitud medida, incluido el incierto, se denominan cifras significativas.

En cálculos, se usan las siguientes reglas para tomar las cifras significativas:

1 En multiplicaciones y divisiones, el resultado se debe dar con el mismo número de cifras significativas que tiene la medida con menos cifras significativas. Ejemplo: En el cálculo del área de un triángulo de base 4,551 cm (tres cifras significativas) y de altura 3,5 cm (dos cifras significativas): Área = 4,551 · 3,5 = 15,9285 → 15 (dos cifras significativas).

2 En sumas y restas, el resultado no puede tener más posiciones decimales que la medida que tiene menos posiciones decimales.

Ejemplo

Si se suman las siguientes cantidades: 10,5 (una posición decimal) + 1,098 (tres posiciones decimales) + 24 (ninguna posición decimal), el resultado es 35,598 el cual no puede tener ninguna posición decimal, y redondeando se obtiene el resultado de 36.

Nota

En el redondeo, si el número que sigue al que se va a redondear es menor de 5, este no se modifica. Por ejemplo, redondear 7,44 a dos cifras significativas es 7,4. Por el contrario, si el siguiente número es 5 o mayor, el dígito se incrementa en una unidad, por ejemplo, redondear 7,48 a dos cifras significativas es 7,5.