Química
2019-11-19T14:18:50+01:00

Masa: concepto, propiedades, ejemplos, cálculo

La masa es una propiedad física que indica la cantidad de materia que posee un cuerpo o una partícula. Gracias a ella podemos interaccionar con nuestro entorno, y por pequeño o despreciable que parezcan los átomos o las partículas, la cohesión existente entre ellos multiplica sus efectos hasta volverse tangibles.

Todos los objetos tienen una masa asociada; unos son livianos o ingrávidos, mientras que otros son macizos o másicos. Físicamente la masa guarda muchos secretos, a la vez que numerosas y compenetradas definiciones. En cambio, químicamente no es más que una medida a tomar en cuenta al momento de realizar síntesis industriales o en los análisis gravimétricos.

Asimismo, varía el modo y las fórmulas utilizadas para calcular la masa dependiendo del fenómeno considerado (gravitacional, electromagnético, inercia, cuántico, etc.); pero al final, su valor será siempre el mismo, pues se trata de una constante en cualquier punto del Universo (a menos que en el proceso una parte se transforme en energía).

Los electrones, protones, neutrones, átomos, moléculas, planetas, estrellas y galaxias presentan un valor de masa compuesto por varios tipos de materia. De dónde y cómo se originó son preguntas que la física constantemente se dedica a indagar sus respuestas.

Índice del artículo

Concepto

Químico

Químicamente la masa es la cantidad de materia que posee una sustancia o compuesto determinado. No tiene más relevancia que la concentración o el reconocimiento molecular en lo que respecta a reacciones catalíticas o en el desarrollo de materiales mesoporosos; pero sí en el rendimiento de estos, las interacciones intermoleculares y sus propiedades físicas. En un laboratorio la masa se mide con una báscula o balanza.

Físico

Si bien físicamente el concepto es en principio el mismo, la masa pauta notables características en todas sus leyes. Por ejemplo, su definición de acuerdo a la segunda ley de Newton, consiste en la resistencia que un cuerpo opone de sufrir una aceleración bajo la acción de una fuerza.

Mientras más macizo y “pesado” sea este objeto o cuerpo (una ballena), más difícil será acelerarlo en una dirección del espacio. Lo contrario ocurre con los cuerpos livianos (un portafolio).

Además de esto, se entiende por masa una medida de qué tanto interacciona un cuerpo con un campo gravitatorio, y cuánto el primero puede deformar al segundo. Es aquí donde entra lo que se conoce por peso, la diferencia de peso de un mismo objeto en varios planetas o regiones del Cosmos.

La masa también es el resultado, más actualmente, de las interacciones o afinidades que experimentan las partículas por el campo de Higgs que envuelve el Universo entero.

Propiedades de la masa

La masa es una propiedad extensiva, pues depende de la cantidad de materia, la cual se expresa en unidades de gramos (g) o kilogramos (kg). Es constante siempre que no se aproxime a la velocidad de la luz, por lo que no importa cuán grande sea el campo (gravitatorio, electrónico, magnético, etc.) que experimente con ella.

Además de esto, es una magnitud escalar y una de las sietes magnitudes fundamentales. La masa permite que la materia exista como tal y exhiba todas sus características estudiadas por análisis físicos o químicos.

La mínima masa conocida en lo que respecta a la química es la del electrón (9,1·10^-31 kg). Todos los átomos debido a su pequeñísima masa se prefieren expresar en términos de unidades de masa atómica (uma), cuyos valores numéricos se igualan a gramos utilizando el concepto de número de Avogadro y los moles.

Las propiedades de la masa en química no escapan de lo convencional; mientras que en física, los núcleos atómicos de la materia pueden descomponerse liberando cantidades abismales de energía, lo cual conlleva a desobedecer la ley de la conservación de la masa.

Fórmula de la masa y cómo se calcula

Físicamente

Dependiendo del sistema y de las leyes que las rigen, la masa puede calcularse a partir de distintas fórmulas. Por ejemplo, en lo que concierne a la física newtoniana, la masa se calcula midiendo la aceleración que adquiere un cuerpo ante una fuerza mesurable:

m = F/a

Conociendo el peso y la aceleración generada por la gravedad:

m = W/g

O la energía cinética del objeto:

m = 2E_c/v²

Otra alternativa es sencillamente conociendo la densidad del objeto así como su volumen:

m = d·V

Así se calcula fácilmente la masa de un cuerpo multiplicando su densidad por su volumen, en el caso tal que este no pueda situarse sobre una balanza.

Químicamente

En lo que respecta a la química, las masas siempre se determinan haciendo uso de una balanza después o antes de los experimentos; incluso cuando estos no sean en esencia gravimétricos.

Sin embargo, es bastante común calcular cuánto de un reactivo debe pesarse en la balanza para obtener una determinada cantidad de moles o una concentración del mismo una vez se disuelva en un solvente. Tenemos:

M = m/n

Donde M es la masa molar, m la masa de la especie, y n el número de moles. Pero también se sabe que la molaridad es:

c = n/V

Como se conoce el volumen V de la disolución que se desea preparar, al igual que su concentración c, se calcula n y se sustituye en la fórmula de la masa molar para obtener la masa del reactivo que se desea pesar.

Ejemplos

Masa de titanio

Se tiene una muestra de titanio con un volumen de 23.000 cm³. Sabiendo que su densidad es de 4,506 g/cm³, calcule la masa de dicha muestra.

La fórmula de la densidad es:

d = m/V

Despejando la masa tenemos:

m = d·V

Por lo que solo hace falta calcular sustituyendo las variables por los valores dados:

m = (4,506 g/cm³)(23.000 cm³)

= 103.638 g o 103,64 kg

Masa de dicromato de potasio

Se quiere preparar 250 mL de una solución de dicromato de potasio, K₂Cr₂O₇, con una concentración de 0,63 M (mol/L). Calcule cuánto de K₂Cr₂O₇debe pesarse en la balanza. La masa molar del K₂Cr₂O₇es 294,185 g/mol.

A partir de la fórmula

c = n/V

Despejamos los moles:

n = c·V

= (0,63 M)(0,250 L)

= 0,1575 moles K₂Cr₂O₇

Sabiendo ya los moles que debe haber en esos 250 mililitros de solución, usando la masa molar del K₂Cr₂O₇se determina cuánta masa corresponde a esta cantidad de materia:

M = m/n

m = M·n

= (294,185 g/mol)(0,1575 moles K₂Cr₂O₇)

= 46,3341 g

Por lo tanto, se pesan en la balanza 46,3341 gramos de K₂Cr₂O₇, se disuelven y se trasvasan en su respectivo solvente a un balón de 250 mL para finalmente aforarse con agua.

Masa de los planetas del sistema solar

Mercurio (planeta): 3, 302 x 10ˆ23 kg.
Venus (planeta): 4, 8685 x 10ˆ24 kg.
Tierra (planeta): 5, 9736 x 10ˆ24 kg.
Marte (planeta): 6, 4185 x 10ˆ23 kg.
Júpiter (planeta): 1, 899 x 10ˆ27 kg.
Saturno (planeta): 5, 6846 x 10ˆ26 kg.
Urano (planeta): 8, 6832 x 10ˆ25 kg.
Neptuno (planeta): 1, 0243 x 10ˆ26 kg.
Plutón (planeta enano): 1, 305 +/- 0, 0007 x 10ˆ22 kg.

Masa de algunos satélites del sistema solar

Luna: 7, 349 x 10ˆ22 kg.
Ganímedes: 1, 482 x 10ˆ23 kg.
Io: 8, 94 x 10ˆ22 kg.
Europa (satélite de Júpiter): 4, 80 x 10ˆ22 kg.
Titán: 1, 345 x 10ˆ23 kg.
Rhea: 2, 3166 x 10ˆ21 kg.
Iapetus: 1, 9739 x 10ˆ21 kg.
Hyperion: 1, 08 x 10ˆ19 kg.
Encaladus: 1, 08 x 10ˆ20 kg.
Mimas: 3, 752 x 10ˆ19 kg.
Ariel: 1, 35 x 10ˆ21 kg.
Titania: 3, 526 x 10ˆ21 kg.
Oberón: 3, 014 x 10ˆ21 kg.

Masa de trajes

Traje de buzo: alrededor de 20 kg.
Traje de bombero: entre 10 kg y 25 kg.
Traje de astronauta: 130 kg.

Masa de herramientas de carpintería

Martillo: Entre 600 gr y 2 kg.
Lima: 100 gr.
Serrucho: Entre 500 gr y 1 kg.
Tenaza: 500 gr.

Masa de balones

Balón de balonmano: 450 gr.
Balón de voleibol: 275 gr.
Balón de baloncesto: 600 gr.
Balón de fútbol: 400 gr.

Masa de algunas obras arquitectónicas

Pirámide de Keops: 5750000 toneladas.
Torre inclinada de Pisa: 14700 toneladas.
Torre Eiffel: 7300 toneladas.
Estatua de la Libertad: 225 toneladas.

Masa promedio de los seres humanos

Bebés recién nacidos: 3, 4 kg.
Niño de 5 años: 18 kg.
Niña de 5 años: 17 kg.
Chico de 15 años: 47 kg.
Chica de 15 años: 45 kg.
Hombre de 30 años: 73 kg.
Mujer de 30 años: 58 kg.

Masa promedio de instrumentos musicales

Guitarra acústica: 2, 5 kg.
Guitarra eléctrica: 3 kg.
Violín: entre 440 gr y 500 gr.
Violincello: entre 4 kg y 8kg
Piano de cola: entre 400 kg y 650 kg.
Piano de media cola: entre 220 kg y 350 kg.

Masa promedio de aparatos electrónicos

Cámara (no profesional): entre 150 gr y 250 gr.
Celular: 100 gr.
Microondas: 16 kg.
Laptop: entre 1, 5 kg y 3 kg.
Televisor: entre 12 kg y 30 kg.
Lavadora: entre 70 kg y 100 kg.

Masa promedio de medios de transporte

Autobús: entre 11400 kg y 18100 kg.
Automóvil: entre 1000 kg y 1300 kg.
Avión: 178750 kg (vacío) y 397000 kg (lleno)
Bicicleta: entre 6 kg y 7 kg.
Motocicleta: entre 80 kg y 93 kg.
Patineta: entre 900 gr y 1, 500 kg.
Tren: entre 40 y 100 toneladas.

Masa promedio de prendas de vestir

Camiseta: 180 gr.
Jeans: entre 450 gr y 550 gr.
Suéter: 350 gr.
Zapatos de vestir: entre 1 kg y 1, 3 kg
Zapatillas: 250 gr.
Botas cortas: 400 gr.
Botas de cuero: 1, 500 gr.
Cinturón: 60 gr.
Medias: 10 gr.
Saco de lana: 600gr.
Sobretodo de invierno: 800 gr.
Pulóver: 500 gr.
Leggins: 300 gr.

Masa promedio de algunas frutas

Limón: 40 gr.
Mango: 200 gr.
Naranja: 125 gr.
Durazno: 100 gr.
Banana: 150 gr.
Manzana: 180 gr.
Pera: 180 gr.
Tomate: 150 gr.

Masa promedio de algunos vegetales

Zanahoria: 80 gr.
Remolacha: 60 gr.
Papa: 150 gr.
Cebolla: 100 gr.

Masa promedio de algunos perros

Bulldog: entre 18 kg y 25 kg.
Caniche: 15 kg.
Carlino pug: entre 6,3 kg y 10, 5 kg.
Cocker Spanish: entre 12 kg y 16 kg.
Dálmata: entre 16 kg y 32 kg.
Pastor alemán: entre 22 kg y 40 kg.
Lobo siberiano: entre 16 kg y 27 kg.
Chihuahua: entre 1,5 y 3 kg.

Conejo adulto: entre 1,1 kg y 2,5 kg.
Gallina adulta: entre 3,4 kg y 3,9 kg.
Gato adulto: entre 3,6 kg y 4,5 kg.
Iguana común: 4 kg.
Periquito australiano: 40 gr.
Loro gris: 410 gr.
Guacamayo: entre 1,2 kg y 1,7 kg.
Hámster: entre 20 gr y 45 gr.
Serpiente de cascabel: entre 4 kg y 10 kg.
Tortuga marina: 160 kg.
Vaca: 720 kg.

Referencias

Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). CENGAGE Learning.
Serway & Jewett. (2009). Física: para ciencias e ingeniería con Física Moderna. Volumen 2. (Séptima edición). Cengage Learning.
Chemicool Dictionary. (2017). Definition of Mass. chemicool.com
Jones, Andrew Zimmerman. (28 de marzo de 2019). What Is Mass? Recuperado de: thoughtco.com
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Samantha Ma. (18 de septiembre de 2019). Properties of Matter. Chemistry LibreTexts. Recuperado de: chem.libretexts.org
Nathaly Amaya. (2019). La masa y sus propiedades. Recuperado de: goconqr.com