I materiali galleggiano o affondano in base principalmente alla densità. Poiché i cubetti di ghiaccio sono leggermente meno densi dell'acqua, i cubetti di ghiaccio galleggiano nell'acqua. Poiché l'acciaio è meno denso del mercurio ma più denso dell'acqua, un cuscinetto a sfera in acciaio galleggia nel mercurio liquido ma affonda nell'acqua. La comprensione della densità inizia con la comprensione di come calcolarla.
Definizione e formula di densità
La densità è il rapporto tra massa e volume di un oggetto e, in quanto tale, la densità è un valore calcolato anziché misurato. Per trovare la densità è necessario misurare sia la massa che il volume di un oggetto. La densità è usata per descrivere solidi, liquidi e gas.
La formula della densità in chimica è densità uguale a massaMdiviso per volumeV. La densità può essere rappresentata daDo dalla lettera greca rho (ρ), quindi la formula può essere scritta come:
D= \frac{M}{V} \\ \text{o} \;ρ= \frac{M}{V}
In geologia, il peso specifico viene utilizzato più della densità, ma i due sono strettamente correlati. Il peso specifico consiste nella densità dell'oggetto divisa per la densità dell'acqua (1,0 g/cm
3), ottenendo un valore adimensionale.Unità di densità
Per i solidi, le unità di densità nel sistema metrico sono solitamente riportate come grammi (massa) per centimetro cubo (volume) scritti come g/cm3. La densità può anche essere riportata come chilogrammi per metro cubo (kg/m3), chilogrammi per centimetro cubo (kg/cm3) o grammi per metro cubo (g/m3).
Meno comunemente, la densità può essere riportata come libbre (massa) per piede cubo (volume), scritta come lb/ft3, libbre per pollice cubo (lb/in3) o libbre per metro cubo (lb/yd3).
Per i liquidi, la densità è più comunemente riportata come grammi per millilitro (g/mL), mentre la densità del gas è solitamente riportata come grammi per litro (g/L). Tuttavia, le densità di liquidi e gas cambiano con la pressione e la temperatura, quindi generalmente verranno riportate in termini di pressione standard (un'atmosfera) e temperatura (25° C per i liquidi e 0° C per i gas).
Misurazione della massa
Trovare la massa dei solidi richiede l'uso di una bilancia a triplo raggio o di una bilancia elettronica che misuri la massa. Posizionare il campione sul vassoio, quindi seguire la procedura per lo strumento per trovare la massa. Se si misura la massa di una polvere o di un liquido, trovare prima la massa di un contenitore, quindi aggiungere la polvere o il liquido e misurare la massa totale, prima di sottrarre la massa del contenitore.
Misurazione del volume
Trovare il volume di un poligono regolare richiede semplicemente la misurazione delle dimensioni del solido e la ricerca della formula per la forma. Ad esempio, un blocco rettangolare che misura 10 centimetri per 5 centimetri per 2 centimetri ha un volume di 10 × 5 × 2 o 100 centimetri cubi.
Trovare il volume di solidi di forma irregolare utilizza il principio di spostamento di Archimede. Misurare una quantità nota di acqua in un cilindro graduato, posizionare l'oggetto di forma irregolare nel cilindro e leggere il cilindro graduato per determinare la variazione di volume. L'acqua spostata, indicata dalla variazione di lettura sul cilindro graduato, è pari al volume dell'oggetto inserito.
Per i liquidi, il volume può essere misurato direttamente utilizzando il cilindro graduato.
Calcoli per trovare la densità
Per trovare la densità, dividere la massa misurata per il volume misurato (D = M ÷ V).
Esempi di formule di densità: solidi
Se un cubo di un materiale che misura 1 centimetro su ciascun lato ha una massa di 7,90 grammi, il calcolo della densità diventa
D= \frac{7,90\;\text{g}}{1 \;\text{cm} × 1\;\text{cm} × 1 \;\text{cm}} = 7,90 \;\text{g /cm}^3
Il materiale è molto probabilmente ferro.
La massa di un oggetto di forma irregolare è misurata come 211,4 grammi. Il volume di acqua spostata è pari a 20 millilitri. Poiché un millilitro d'acqua occupa un centimetro cubo di volume, il volume dell'oggetto è pari a 20 centimetri cubi. Il completamento della formula mostra
D= \frac{211.4\;\text{g}}{20 \;\text{cm}^3} = 10,57 \;\text{g/cm}^3
Il materiale è molto probabilmente argento.
Esempi di formule di densità: liquidi
Un liquido con un volume di 50 millilitri (mL) ha una massa di 63 grammi (g). Così
D= \frac{63\;\text{g}}{50 \;\text{ml}} = 1,26 \;\text{g/ml}
È probabile che il liquido sia glicerina.
Un liquido con una massa misurata di 338,75 grammi occupa un volume di 25 millilitri. Il completamento della formula della densità mostra
D= \frac{338,75\;\text{g}}{25 \;\text{ml}} = 13,55 \;\text{g/ml}
Il liquido è probabilmente mercurio.
Calcolatore online della formula della densità
Sono disponibili calcolatori di formule di densità online. Tuttavia, due delle tre variabili (massa, volume o densità) devono essere note (vedi Risorse).