Concepto de densidad y cómo se mide en el laboratorio

La densidad es una de las propiedades físicas más importantes de la materia. Determinarla permite identificar sustancias, controlar la calidad de materiales, calcular concentraciones y comprender fenómenos naturales o industriales.

En el laboratorio, medir la densidad con precisión es esencial tanto en experimentos de química y física como en áreas aplicadas como la farmacología, la metalurgia o la industria alimentaria.

En este artículo conocerás qué es la densidad, cómo se calcula, qué instrumentos se utilizan para medirla y cuáles son las mejores prácticas para obtener resultados exactos.

¿Qué es la densidad?

La densidad (símbolo: ρ, letra griega “rho”) se define como la masa de una sustancia por unidad de volumen.

ρ=mVρ = \frac{m}{V}ρ=Vm​

Donde:

• ρ (rho) = densidad (g/mL, kg/m³, g/cm³, según el sistema de unidades)

• m = masa (g o kg)

• V = volumen (mL, cm³ o m³)

En palabras simples, la densidad indica cuánta materia hay en un determinado espacio. Cuanto mayor sea la densidad, más “pesada” será la sustancia para el mismo volumen.

Ejemplo básico

• El agua a 25 °C tiene una densidad de 1.00 g/mL.

• El aceite vegetal tiene una densidad aproximada de 0.92 g/mL.

Esto explica por qué el aceite flota sobre el agua: al tener menor densidad, ocupa el lugar superior en la mezcla.

Factores que afectan la densidad

1. Temperatura: al aumentar, las sustancias suelen expandirse, disminuyendo su densidad.

2. Presión: afecta principalmente a gases, comprimiéndolos y aumentando su densidad.

3. Estado de agregación: los sólidos suelen ser más densos que los líquidos, y estos más que los gases.

4. Composición química: pequeñas variaciones en la pureza pueden alterar el valor de densidad.

Unidades de medida de la densidad

Tipos de densidad

1. Densidad absoluta: masa por volumen sin comparación con otra sustancia.

2. Densidad relativa: relación entre la densidad de una sustancia y la del agua (a 4 °C).

   Dr=ρsustanciaρaguaD_r = \frac{ρ_{sustancia}}{ρ_{agua}}Dr​=ρagua​ρsustancia​​

3. Densidad aparente: se usa en materiales porosos, donde se incluye el aire contenido entre partículas.

Cómo se mide la densidad en el laboratorio

Existen distintos métodos de medición, dependiendo del estado de la sustancia: sólido, líquido o gas.

 1. Medición de densidad en sólidos

a) Método del cálculo directo

Si el sólido tiene forma regular (cubo, esfera, cilindro), se puede calcular su volumen mediante fórmulas geométricas.

Ejemplo:
Una esfera de masa 100 g y radio 2.0 cm:

V=43πr3=33.51cm3V = \frac{4}{3}πr^3 = 33.51 cm³ V=34​πr3=33.51cm3 ρ=100g33.51cm3=2.98g/cm3ρ = \frac{100 g}{33.51 cm³} = 2.98 g/cm³ρ=33.51cm3100g​=2.98g/cm3

b) Método del desplazamiento de agua (principio de Arquímedes)

Se utiliza para sólidos irregulares:

1. Se llena una probeta con un volumen conocido de agua.

2. Se sumerge el objeto y se mide el aumento de volumen.

3. La diferencia es el volumen del objeto.

ρ=mΔVρ = \frac{m}{ΔV}ρ=ΔVm​

 2. Medición de densidad en líquidos

a) Uso del picnómetro

El picnómetro es un frasco volumétrico de vidrio calibrado, utilizado para determinar densidades con alta precisión.

Procedimiento:

1. Pesar el picnómetro vacío.

2. Llenarlo con el líquido de estudio.

3. Pesar nuevamente.

4. Restar la masa del recipiente y dividir entre el volumen.

ρ=mlıˊquidoVpicnoˊmetroρ = \frac{m_{líquido}}{V_{picnómetro}}ρ=Vpicnoˊmetro​mlıˊquido​​

b) Uso del densímetro o hidrómetro

El densímetro mide directamente la densidad o gravedad específica de un líquido.
Funciona por el principio de flotación: cuanto mayor sea la densidad, menos se hunde el instrumento.

Se utiliza ampliamente en industrias de alimentos, bebidas y laboratorios ambientales.

 3. Medición de densidad en gases

Los gases se pesan por diferencia o mediante cálculos indirectos aplicando la ecuación de los gases ideales:

ρ=PMRTρ = \frac{PM}{RT}ρ=RTPM​

Donde:

• P: presión (Pa)

• M: masa molar (g/mol)

• R: constante universal (8.314 J/mol·K)

• T: temperatura (K)

Ejemplo práctico de laboratorio

Determinación de la densidad del etanol

1. Pesar el picnómetro vacío → 25.000 g

2. Pesar el picnómetro con agua destilada → 75.000 g (50.000 g de agua = 50 mL)

3. Pesar el picnómetro con etanol → 74.000 g (49.000 g de etanol)

4. Calcular:

ρetanol=49.000g50mL=0.98g/mLρ_{etanol} = \frac{49.000 g}{50 mL} = 0.98 g/mLρetanol​=50mL49.000g​=0.98g/mL

Errores comunes en la medición de densidad

• No secar correctamente el material antes de pesar.

• Presencia de burbujas en el picnómetro o probeta.

• Lectura incorrecta del menisco.

• Temperatura no controlada.

• Uso de balanzas mal calibradas.

Aplicaciones de la densidad en la ciencia y la industria

• Identificación de sustancias desconocidas.

• Control de calidad en productos líquidos o sólidos.

• Diseño de materiales (metales, plásticos, espumas).

• Análisis ambiental: detección de contaminantes en agua o petróleo.

• Alimentos y bebidas: determinación de concentración de azúcares (mostos, cervezas).

• Farmacéutica: formulación de soluciones y suspensiones estables.

Preguntas frecuentes (FAQ)

1. ¿La densidad es igual que el peso específico?
No. El peso específico se refiere al peso por unidad de volumen, mientras que la densidad mide la masa por volumen.

2. ¿Por qué cambia la densidad del agua con la temperatura?
Porque las moléculas se separan o acercan al variar la temperatura, modificando su volumen.

3. ¿Qué instrumento da la medida más precisa de densidad?
El picnómetro y los densímetros digitales modernos ofrecen alta precisión en laboratorios analíticos.

4. ¿Qué es la densidad relativa?
Es la comparación entre la densidad de una sustancia y la del agua a 4 °C (densidad de referencia = 1).

5. ¿Por qué es importante medir la densidad en el laboratorio?
Porque permite caracterizar materiales, verificar pureza, controlar procesos y detectar impurezas o adulteraciones.

La densidad es una propiedad fundamental de la materia que conecta la masa y el volumen de una sustancia. Su medición precisa en el laboratorio permite identificar compuestos, validar la pureza de muestras y optimizar procesos industriales y científicos.

Comprender su concepto, los métodos de medición y los factores que la afectan es esencial para cualquier profesional o estudiante del área científica.

Ya sea con una simple probeta o con un densímetro digital de alta precisión, determinar la densidad sigue siendo uno de los procedimientos más importantes y reveladores del trabajo de laboratorio.