Medición: Unidades Estándar

Cada medición proporciona tres tipos de información: El tamaño o magnitud de la medición (un número), un estándar de comparación para la medición (una unidad) y una indicación de la incertidumbre de la medición. Mientras que el número y la unidad se representan explícitamente cuando se escribe una cantidad, la incertidumbre es un aspecto de los errores en los resultados de la medición.

El número de la medición puede representarse de diferentes maneras, incluyendo la forma decimal y la notación científica, que también se conoce como notación exponencial. Por ejemplo, el peso máximo de despegue de un avión Boeing 777-200ER es de 298.000 kilogramos, que también puede escribirse como 2,98 × 10⁵ kg. 

Las unidades, como litros, libras y centímetros, son estándares de comparación para las mediciones. Una botella de 2 litros de refresco contiene un volumen de bebida que es el doble del volumen aceptado de 1 litro. Sin unidades, un número puede no tener sentido, ser confuso o posiblemente poner en peligro la vida. Supongamos que un médico prescribe fenobarbital para controlar las convulsiones de un paciente y establece una dosis de “100” sin especificar las unidades. Esto no sólo será confuso para el profesional médico que da la dosis, sino que las consecuencias pueden ser graves: 100 mg administrados tres veces al día puede ser eficaz como anticonvulsivo, pero una sola dosis de 100 g es más de 10 veces la cantidad letal.

El Sistema Internacional de Unidades (Unidades SI)

Las unidades de medida para siete propiedades fundamentales (“unidades base”): Longitud, masa, tiempo, temperatura, corriente eléctrica, la cantidad de sustancia y la intensidad luminosa se han fijado por acuerdo internacional. Se denominan Sistema Internacional de Unidades o Unidades SI. Las unidades para otras propiedades pueden derivarse de estas siete unidades base. Las unidades de medida cotidianas se definen a menudo como fracciones o múltiplos de otras unidades. La leche se empaqueta comúnmente en recipientes de 1 galón (4 cuartos), 1 cuarto (0,25 galones) y una pinta (0,5 cuartos). Este mismo enfoque se utiliza con unidades SI, pero estas fracciones o múltiplos siempre son potencias de 10. Las unidades SI fraccionarias o múltiplos se nombran utilizando un prefijo y el nombre de la unidad base. Por ejemplo, una longitud de 1000 metros también se denomina kilómetro porque el prefijo kilo significa “mil,” que en notación científica es 10³ (1 kilómetro = 1000 m = 10³ m).

Unidades SI estándar

Las unidades iniciales del sistema métrico, que eventualmente evolucionaron hacia el sistema SI, se establecieron en Francia durante la Revolución Francesa. Los estándares originales para el metro y el kilogramo fueron adoptados allí en 1799 y eventualmente por otros países. A continuación se indican las cuatro unidades SI base que se utilizan habitualmente en química.

1. Longitud

La unidad de longitud estándar del sistema SI es el metro (m). Un metro se define como la distancia que la luz viaja en un vacío en 1/299.792.458 de un segundo. Las distancias más largas se expresan a menudo en kilómetros (1 km = 1000 m = 10³ m), mientras que las distancias más cortas pueden reportarse en centímetros (1 cm = 0,01 m = 10⁻² m) o en milímetros (1 mm = 0,001 m = 10⁻³ m).

2. Masa

La unidad de masa estándar del sistema SI es el kilogramo (kg). Un kilogramo se define por la masa de un objeto de referencia: Un cilindro metálico fabricado con aleación de platino-iridio con una altura y un diámetro de 39 mm. Se dice que cualquier objeto con la misma masa que esta referencia tiene una masa de 1 kilogramos. El gramo (g) es exactamente igual a 1/1000 de la masa del kilogramo (10⁻³ kg).

El término “peso” se utiliza a menudo indistintamente con “masa.” Sin embargo, las dos cantidades son diferentes. Mientras que la masa de un objeto mide la cantidad de materia dentro de él, su peso mide la fuerza gravitacional ejercida sobre su materia. Por ejemplo, si pudiéramos pesarnos a nosotros mismos en la luna, que tiene una gravedad más débil que la Tierra, pesaríamos menos de lo que lo hicimos en la Tierra. Sin embargo, la masa—la cantidad de materia en nuestro cuerpo—permanecería igual.

3. Temperatura

La unidad de temperatura SI es el kelvin (K), aunque también se permite el grado Celsius (°C) en el sistema SI, con la palabra “grado” y el símbolo de grado utilizado para las mediciones Celsius. Los grados Celsius son de la misma magnitud que los de kelvin, pero las dos escalas colocan sus ceros en diferentes lugares. El agua se congela a 273,15 K (0 °C) y hierve a 373.15 K (100 °C) por definición, y la temperatura normal del cuerpo humano es de aproximadamente 310 K (37 °C). La escala Fahrenheit (°F) es otra unidad utilizada comúnmente para medir la temperatura. En la escala de Fahrenheit, el agua se congela a 32 °F, hierve a 212 °F y la temperatura normal del cuerpo humano es de 96 °F. 

Mientras que las escalas Fahrenheit y Celsius permiten temperaturas negativas, la escala de Kelvin, también llamada escala absoluta, no lo hace. En la escala Kelvin, 0 K es la temperatura más baja, que se conoce como cero absoluto. 

Las escalas de temperatura son convertibles mediante las siguientes fórmulas de conversión:

4. Tiempo

La unidad SI base de tiempo es el segundo (s). Los intervalos de tiempo cortos y largos se pueden expresar con los prefijos apropiados. Por ejemplo: 

También se pueden utilizar horas, días y años.

Este texto es adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 1,4: Medidas.