Download TEMA 6 - quimica basica

1
TEMA 6. TABLAS DE MAGNITUDES FISICAS Y DE
UNIDADES DE MEDIDA
Mario Melo Araya
Ex Profesor Universidad de Chile
[email protected]
La Tabla 6.1 contiene una selección de magnitudes físicas de indudable interés en el
campo de la Química. Están tomadas de la publicación ISO STANDARDS
HANDBOOK 2, 2ª. Ed. (1982) Units of measurement.
En las dos primeras columnas se indican los respectivos nombres y símbolos adoptados por
el Sistema Internacional de Unidades. En la tercera columna, los correspondientes
productos dimensionales SI y, bajo ellos, las respectivas unidades SI coherentes. Algunas
de estas unidades tienen nombres especiales; los adoptados por el Sistema Internacional se
dan en la cuarta columna. Finalmente en la quinta columna se entregan las expresiones de
algunas unidades en términos de aquellas que tienen nombres especiales. Su empleo, en
ocasiones, puede resultar más cómodo y preferible, porque expresan de manera más directa
las relaciones existentes entre las magnitudes involucradas.
En aquellas magnitudes derivadas del ángulo plano y del ángulo sólido (magnitudes SI
suplementarias) se ha considerado la proposición hecha por este autor, en los Temas 9 y 10
de esta Página Web, en Septiembre de 2011. En dicha proposición las dimensiones y
unidades de estas magnitudes serían:
Ángulo plano
Dimensiones
Unidades
P
rad
ángulo sólido
S
sr
De este modo, la dimensión y la unidad para la velocidad angular, por ejemplo, serían:
Dimensión
Unidad
P T-1
rad s-1
a diferencia de lo que aparece en la Tabla de la ISO:
Dimensión
Unidad
T-1
rad s-1
En las Tablas 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 y 6.6 se dan las definiciones y equivalencias de algunas
unidades de longitud, masa, fuerza, presión y energía, respectivamente.
2
Para cada magnitud, las equivalencias se dan igualando cantidades de la magnitud,
expresadas en diferentes unidades, y que sean equivalentes entre sí. Por ejemplo, las
equivalencias de las unidades de longitud serían:
1 mile = 1 609.344 m = 63 360 in = 5 280 ft = 1 760 yd = 1.609 344 x 1013 A
A partir de estas igualdades se pueden obtener todos los factores unitarios de conversión
que se requieran. Por ejemplo, para convertir metros a pulgadas, el factor unitario de
conversión sería:
63 360 in
 = 1
1 609.344 m
Estas igualdades se han obtenido tomando una cantidad unitaria de la magnitud, expresada
en cualquiera de las unidades de medida, e igualándola con las cantidades equivalentes de
la magnitud, expresada en las otras unidades de medida.
3
TABLA 6.1 ALGUNAS MAGNITUDES FISICAS DE INTERES QUIMICO
SIMBOLO DIMENSION NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS
MAGNITUD FISICA
SI
Y UNIDAD SI BOLO ESPECIAL
DE UNIDADES CON
COHERENTE DE LA UNIDAD
NOMBRES ESCIALES
MAGNITUDES MECANICAS
Longitud, largo
Ancho
Altura
Radio
Diámetro
Trayectoria, Camino
Recorrido
l
b
h
r
d
s
Area
A
L2
m2
Volumen
V
L3
m3
Período
T
T
s
Frecuencia rotacional
n
T-1
s-1
Velocidad, Velocidad lineal
u, v, w, c
Velocidad angular
ω
Aceleración, Aceleración lineal

Aceleración de
caída libre
g
L
m
L T-1
m s-1
P T-1
rad s-1
L T-2
m s-2
Aceleración standard de caída libre
gn
gn = 9.806 65 m/s2
Densidad de masa,
Densidad

M L-3
kg m-3
4
MAGNITUD FISICA
Densidad relativa de
B con respecto a A
SIMBOLO DIMENSION NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS
SI
Y UNIDAD SI BOLO ESPECIAL
DE UNIDADES CON
COHERENTE DE LA UNIDAD
NOMBRES ESCIALES
dB,A
adimensional
Momentum, Cantidad de movimiento
p
M L T-1
kg m s-1
Momentum angular
L
M L2 T-1
kg m2 s-1
F
G, P, W
M L T-2
kg m s-2
Momento de una
Fuerza; Torque
M
T,
M L2 T-2
kg m2 s-2
Momento de Inercia
I, J
M L2
kg m2
Trabajo de una
Fuerza
W
Fuerza
Peso
Js
newton (N)
J m-1
Nm
M L2 T-2
Energía cinética
Energía potencial
Gravitacional
Potencia
Presión y Tensión
E , K, T
kg m2 s-2
joule (J)
Nm=CV=VAs
M L2 T-3
kg m2 s-3
watt (W)
J s-1
M L-1 T-2
kg m-1 s-2
pascal (Pa)
N m-2
E , V, 
P
P
Viscosidad dinámica, Viscosidad,
Coeficiente de Viscosidad

Viscosidad cinemática

L2 T-1
m2 s-1
Tensión superficial
, 
M T-2
kg s-2
= VA
= J m-3
M L-1 T-1
kg m-1 s-1
Pa s = N s m-2
N m-1 = J m-2
5
MAGNITUD FISICA
SIMBOLO DIMENSION NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS
SI
Y UNIDAD SI BOLO ESPECIAL
DE UNIDADES CON
COHERENTE DE LA UNIDAD
NOMBRES ESCIALES
CALOR Y TERMODINAMICA
Coeficiente de dilatación lineal
l
-1
Coeficiente de dilatación cúbica
v
K-1
Calor, Cantidad de
calor
Q
Trabajo
W
M L2 T-2
Enegía interna
Termodinámica
U
Entalpía
H
kg m2 s-2
Función de Helmholtz, Energía
Libre
joule (J)
A, F
Función de Gibbs,
Entalpía libre
G
Enegía interna
específica
u
L2 T-2
Entalpía específica
h
Energía libre específica
a
Entalpía libre específica
g
Entropía
S
Entropía específica
Coeficiente de compresibilidad isotérmica
s

m2 s-2
J kg-1
M L2 T-2 -1
kg m2 s-2 K-1
J K-1
L2 T-2 -1
m2 s-2 K-1
J kg-1 K-1
M-1 L T2
kg-1 m s2
Pa-1
6
MAGNITUD FISICA
Capacidad calorífica
SIMBOLO DIMENSION NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS
SI
Y UNIDAD SI BOLO ESPECIAL
DE UNIDADES CON
COHERENTE DE LA UNIDAD
NOMBRES ESCIALES
C
M L2 T-2 -1
Capacidad calorífica
a p cte.
Cp
Capacidad calorífica
a V cte.
Cv
Capacidad calorífica
específica
c
Capacidad calorífica
específica a p cte.
cp
kg m2 s-2 K-1
J K-1
L2 T-2 -1
m2 s-2 K-1
Capacidad calorífica
específica a V cte.
Razón de capacidades caloríficas específicas
J kg-1 K-1
cv

adimensional
Rapidez de flujo de
calor

M L2 T-3
kg m2 s-3
Conductividad térmica
k
Coeficiente de convección
h
watt (W)
M L T-3 -1
kg m s-3 K-1
W m-1 K-1
M T-3 -1
kg s-3 K-1
W m-2 K-1
LUZ Y RADIACIONES ELECTROMAGNETICAS
Período
Frecuencia
Longitud de onda
T
T
s
, f
T-1
s-1

J s-1
L
m
hertz (Hz)
7
MAGNITUD FISICA
SIMBOLO DIMENSION NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS
SI
Y UNIDAD SI BOLO ESPECIAL
DE UNIDADES CON
COHERENTE DE LA UNIDAD
NOMBRES ESCIALES
Número de onda

Energía radiante
Q, W
Potencia radiante,
Flujo de energía raDiante
P, e
Intensidad radiante
Ie
L-1
m-1
M L2 T-2
kg m2 s-2
joule (J)
.
watt (W)
J s-1
M L2 T-3
kg m2 s-3
M L2 T-3 S-1
kg m2 s-3 sr-1
W sr-1
.
W m-2 sr-1
Radiación
Le
M T-3 S-1
kg s-3 sr-1
Irradiación, Irradiancia
Emitancia radiante,
Exitancia radiante
Ee
M T-3
Me
kg s-3
W m-2
M T-3 -4
kg s-3 K-4
W m-2 K-4
Constante de
Stefan-Boltzmann

Intensidad luminosa
Iv
J
cd
Flujo luminoso
v
JS
cd sr
Cantidad de luz
Qv
lumen (lm)
JTS
cd s sr
Iluminación
Ev
J S L-2
Exitancia luminosa
Emitancia luminosa
Mv
cd sr m-2
Luminosidad
Lv
J L-2
cd m-2
Indice de refracción
n
adimensional
lm s
lux (lx)
lm m-2
8
MAGNITUD FISICA
SIMBOLO DIMENSION NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS
SI
Y UNIDAD SI BOLO ESPECIAL
DE UNIDADES CON
COHERENTE DE LA UNIDAD
NOMBRES ESCIALES
ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
Corriente eléctrica
I
I
A
Carga eléctrica,
Cantidad de electricidad
Q
IT
.
Densidad cúbica de
carga, Densidad de
carga
As
, 
I T L-3
A s m-3
C m-3
.
C m-2
Densidad superficial de carga

I T L-2
A s m-2
Intensidad de un
campo eléctrico,
campo eléctrico,
E
M L T-3 I-1
Potencial eléctrico
coulomb (C)
kg m s-3 A-1
V m-1 = N C-1
V, 
M L2 T-3 I-1
Diferencia de potencial, Tensión
U,V
Fuerza electromotriz
E
Capacitancia, Capacidad eléctrica
C
Resistencia eléctrica
R
Permitividad
Permitividad del
vacío

o
Permitividad relativa
r
adimensional
Susceptibilidad
eléctrica
, e
adimensional
Momento dipolar
p, pe
LIT
mAs
kg m2 s-3 A-1
volt (V)
J A-1 s-1 = J C-1 = W A-1
M-1 L-2 T4 I2
kg-1 m-2 s4 A2
farad (F)
C V-1 = A s V-1
M L2 T-3 I-2
kg m2 s-3 A2
ohm (  )
V A-1
M-1 L-3 T4 I2
kg-1 m-3 s4 A2
C2 N-1 m-2 = F m-1
Cm
9
MAGNITUD FISICA
SIMBOLO DIMENSION NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS
SI
Y UNIDAD SI BOLO ESPECIAL
DE UNIDADES CON
COHERENTE DE LA UNIDAD
NOMBRES ESCIALES
Permeabilidad

M L T-2 I-2
Permeabilidad del
vacío, Constante
magnética
o
kg m s-2 A-2
Permeabilidad relativa

adimensional
Conductancia
G
M-1 L-2 T3 I2
kg-1 m-2 s3 A2
Resistividad
Conductividad
Potencia

, , 
P
Intensidad de un
campo magnético,
Campo magnético
H
Densidad de flujo
magnético, Inducción magnética
B
Flujo magnético

Susceptibilidad
magnética
H m-1 = Wb A-1 m-1 =
= V s A-1 m-1
.
siemens (S)
A V-1 = -1
M L3 T-3 I-2
kg m3 s-3 A-2
 m
M-1 L-3 T3 I2
kg-1 m-3 s3 A2
-1 m-1 = S m-1
M L2 T-3
kg m2 s-3
watt (W)
J s-1 = V A
M T-2 I-1
kg s-2 A-1
tesla (T)
N A-1 m-1 = Wb m-2 =
= V s m-2
M L2 T-2 I-1
kg m2 s-2 A-1
weber (Wb)
V s = J A-1 = T m2
L-1 I
m-1 A
, m
Momento electromagnético, Momento magnético
m
Diferencia de potencial magnético
Um
Fuerza magnetomotriz
Fm
adimensional
L2 I
M2 A
I
A
10
MAGNITUD FISICA
Polarización eléctrica
Magnetización
Polarización magnética
SIMBOLO DIMENSION NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS
SI
Y UNIDAD SI BOLO ESPECIAL
DE UNIDADES CON
COHERENTE DE LA UNIDAD
NOMBRES ESCIALES
P
Hi , M
Bi , J
L-2 T I
m-2 s A
C m-2
L-1 I
m-1 A
.
M T-2 I-1
kg s-2 A-1
tesla (T)
Wb m-2
MAGNITUDES FISICO-QUIMICAS
N-1
mol-1
Constante de Avogadro
NA , L
Constante molar de
los gases
R
Constante de
Boltzmann
k
Constante de
Planck
h
Constante de
Faraday
F
Numero de entidades elementales
N
adimensional
Masa molar
M
M N-1
kg mol-1
Volumen molar
Vm
L3 N-1
m3 mol-1
Concentración de
(cantidad de) soluto B
cB
N L-3
Concentración de
masa de soluto B
B
Molalidad de soluto B
bB , mB
M L2T-2 -1 N-1
kg m2s-2 K-1
mol-1
J K-1 mol-1
M L2 T-2 -1
kg m2 s-2 K-1
J K-1
M L2 T-1
kg m2 s-1
Js
I T N-1
A s mol-1
C mol-1
mol m-3
M L-3
kg m-3
N M-1
mol kg-1
11
MAGNITUD FISICA
SIMBOLO
SI
DIMENSION
Y UNIDAD SI
COHERENTE
Fracción molar de
un soluto B
xB
adimensional
Fracción másica
de un soluto B
wB
adimensional
Número de carga
de un ión
z
adimensional
A
Adimensional
S(X/Y)
Adimensional
Coeficiente esteestequiométrico de
participante A de
una reacción qca.
Razón estequiométrica entre participantes X e Y de una
reacción química
Velocidad de una
reacción química
Constante de velocidad de reacción
qca. de orden n
.
v
N L-3 T-1
mol m-3 s-1
k, kv
(N L-3 )1-n T-1
(mol m-3)1-n s-1
Energía interna
molar
Um
Capacidad calorífica
molar
Cm
Entropía molar
Sm
Presión osmótica
Momento dipolar de
una molécula
Densidad de corriente
NOMBRE Y SIM- UNIDAD EN TERMINOS
BOLO ESPECIAL
DE UNIDADES CON
DE LA UNIDAD
NOMBRES ESCIALES

p, 
J
M L2 T-2 N-1
kg m2 s-2 mol-1
J mol-1
M L2 T-2 -1 N-1
kg m2 s-2 K-1 mol-1
J mol-1 K-1
M L2 T-2 -1 N-1
kg m2 s-2 K-1 mol-1
J mol-1 K-1
M L-1 T-2
kg m-1 s-2
LIT
mAs
I L-2
A m-2
pascal (Pa)
N m-2
Cm
12
MAGNITUD FISICA
SIMBOLO DIMENSION
SI
Y UNIDAD SI
COHERENTE
NOMBRE Y SIMBOLO ESPECIAL
DE LA UNIDAD
UNIDAD EN TERMINOS
DE UNIDADES CON
NOMBRES ESCIALES
Polarizabilidad
eléctrica de una
molécula

Fuerza iónica
I
N M-1
mol kg-1
Grado de disociación

adimensional
Conductividad electrolítica
, 
M-1 L-3 T3 I2
kg-1 m-3 s3 A2
S m-1
Conductividad molar
m
M-1 T3 I2 N-1
kg-1 s3 A2 mol-1
S m2 mol-1
L-2 M T4 I2
m-2 kg s4 A2
C m2 V-1
.
TABLA 6.2 UNIDADES DE LONGITUD
NOMBRE
metro
pulgada
pie
yarda
milla legal inglesa
milla náutica
ångström
SIMBOLO
DEFINICION
m
in
ft
yd
mile
n mile
Å
Unidad SI básica (Ver Tablas 1 y 2, Tema 3)
1 in = 2.54 cm (exactamente)
1 ft = 12 in = 0.304 8 m (exactamente)
1 yd = 3 ft = 36 in = 0.914 4 m (exactamente)
1 mile = 1 760 yd = 5 280 ft = 1 609. 344 m (exactamente)
1 n mile = 1 852 m (exactamente)
1 Å = 10-8 cm = 0.1 nm
EQUIVALENCIAS
1 mile = 1 609.344 m = 63 360 in = 5 280 ft = 1 760 yd = 1.609 344 x 1013 Å
13
TABLA 6.3 UNIDADES DE MASA
NOMBRE
SIMBOLO
DEFINICION
kilogramo
gramo
libra
kg
g
lb
onza
Unidad (unificada) de masa
atómica
oz
u
Unidad SI básica (Ver Tablas 1 y 2, Tema 3)
Unidad cgs básica. 1 g = 10-3 kg
Unidad fps básica. 1 lb = 16 oz = 0.453 592 37 kg (exactamente)
1 oz = lb/16
1 u = mC-12 / 12 = 1.660 565 5 x 10-27 kg
EQUIVALENCIAS
1 lb = 0.453 592 37 kg = 453.592 37 g = 16 oz = 2,731 553 6 x 1026 u
TABLA 6.4 UNIDADES DE FUERZA
NOMBRE
newton
SIMBOLO
N
dina
dyn
kilopond
kp
poundal
pdl
libra-fuerza
lbf
DEFINICION
Nombre especial de la unidad SI coherente kg m s-2
Fuerza que aplicada a una masa de 1 kg la acelera 1 m/s2
1 N = 1 kg x 1 m/s2
Unidad cgs coherente
Fuerza que aplicada a una masa de 1 g la acelera 1 cm/s2
1 dyn = 1 g x 1 cm/s2
Unidad básica del sistema técnico o gravitacional.
Nombre antiguo de esta unidad: kilogramo-fuerza (kgf)
Fuerza con que la tierra atrae, en París, a una masa de 1 kg
1 kp = 1 kg x 9.806 65 m/s2 = 9.806 65 N
Unidad fps coherente
Fuerza que aplicada a una masa de 1 lb la acelera 1 ft/s2
1 pdl = 1 lb x 1 ft/s2
Unidad básica del sistema técnico británico
Fuerza con que la tierra atrae, en París, a una masa de 1 lb
1 lbf = 1 lb x 32.174 049 ft/s2
EQUIVALENCIAS
1 kp = 9.806 65 N = 9.806 65 x 105 dyn = 70.931 635 pdl = 2.204 622 6 lbf
14
TABLA 6.5 UNIDADES DE PRESION
NOMBRE
pulgada de Hg
Pascal
SIMBOLO
in Hg
Pa
atmósfera (normal)
torr (mmHg)
atm
Torr
Baría
baría
Bar
Milibar
kilopond por metro cuadrado
pound square inch (lbf por
pulgada cuadrada)
bar
mbar
kp m-2
Psi
DEFINICION
1 in Hg = 25.40 mmHg = 25.40 Torr
Nombre especial de la unidad SI coherente
kg m-1 s-2 = N m-2
1 Pa = 1 N m-2
1 atm = 101 325 Pa
Presión ejercida por una columna de Hg de 1 mm
de altura
1 Torr = atm/760 = 133.332 Pa
Nombre especial de la unidad cgs coherente
g cm-1 s-2 = dyn/cm2
1 baría = 1 dyn/cm2
1 bar = 106 baría = 105 Pa
1 mbar = 10-3 bar = 103 baría
1 kp m-2 = 9.806 65 Pa (exactamente)
1 Psi = 1 lbf/in2 = 6 894.75 Pa
EQUIVALENCIAS
1 atm = 101 325 Pa = 760 Torr = 1.013 25 x 106 baría = 1.013 25 bar = 1 013.25 mbar =
= 10 332.3 kp m-2 = 14.696 Psi = 29.92 in Hg
TABLA 6.6 UNIDADES DE ENERGIA
NOMBRE
joule
SIMBOLO
J
DEFINICION
Nombre especial de la unidad SI coherente kg m2 s-2 =
= Nm = CV
Definición en función de unidades mecánicas:
Trabajo realizado por una fuerza de 1 N, cuando su
punto de aplicación de desplaza 1 m en su misma dirección. 1 J = 1 N x 1 m
Definición en función de unidades eléctricas:
Trabajo realizado por una corriente de 1 A en 1 s, circulando bajo una diferencia de potencial de 1 V
1J = 1As x 1V = 1Cx1V
15
erg
erg
caloría termoquímica
cal
kilocaloría termoquímica
British thermal unit
Unidad térmica británica
kcal
Btu
kilopondmetro
kpm
kilowatt-hora
kwh
litro-atmósfera
l·atm
librafuerza-pie
lbf·ft
Nombre especial de la unidad cgs coherente
g cm2 s-2 = dyn x cm
Trabajo realizado por una fuerza de 1 dyn, cuando su
punto de aplicación se desplaza 1 cm en su misma dirección.
1 erg = 1 dyn x 1 cm
Definición actual: 1 cal = 4.184 J (exactamente)
Definición antigua: Cantidad de calor absorbido por
1 g de agua para que su temperatura se eleve desde
14.5 °C hasta 15.5 °C a 1 atm
1 kcal = 103 cal = 4.184 kJ
Cantidad de calor absorbido por 1 lb de agua para que
su temperatura se eleve desde 59.5 °F hasta 60.5 °F a
1 atm
1 Btu = 252.165 cal = 1 055.06 J
Trabajo realizado por la fuerza de 1 kp, cuando su
Punto de aplicación se desplaza 1 m en su misma diRección.
1 kpm = 1 kp x 1 m = 9.806 65 J (exactamente)
Trabajo realizado en 1 h por un motor de potencia
igual a 1 kw
1 kwh = 3.6 x 106 J
Trabajo realizado por un sistema, cuando se expande
1 L, en contra de la presión exterior de 1 atm
1 l·atm = 1 L x 1 atm = 101.325 J
Trabajo realizado por la fuerza de 1 lbf, cuando su
punto de aplicación se desplaza 1 ft en su misma dirección.
1 lbf·ft = 1 lbf x 1 ft
EQUIVALENCIAS
1 cal = 10-3 kcal = 4.184 x 107 erg = 4.184 J = 3.965 65 x 10-3 Btu = 1.162 x 10-6 kwh =
= 4.129 x 10-2 l·atm = 0.426 6 kpm = 3.086 lbf·ft