Misure: unità standard

Ogni misura fornisce tre tipi di informazioni: la dimensione o l’entità della misurazione (un numero), uno standard di confronto per la misurazione (un’unità) e un’indicazione dell’incertezza della misurazione. Mentre il numero e l’unità sono rappresentati esplicitamente quando una quantità è scritta, l’incertezza è un aspetto degli errori nei risultati di misurazione.

Il numero nella misura può essere rappresentato in modi diversi, tra cui la forma decimale e la notazione scientifica, che è anche nota come notazione esponenziale. Ad esempio, il peso massimo al decollo di un aereo di linea Boeing 777-200ER è di 298.000 chilogrammi, che può anche essere scritto come 2,98 × 10⁵ kg.

Le unità, come litri, libbre e centimetri, sono standard di confronto per le misurazioni. Una bottiglia da 2 litri di una bibita analcolica contiene un volume di bevande che è il doppio di quello del volume accettato di 1 litro. Senza unità, un numero può essere privo di significato, confuso o forse pericoloso per la vita. Supponiamo che un medico prescriva fenobarbital per controllare le convulsioni di un paziente e inscriva un dosaggio di “100” senza specificare le unità. Non solo questo sarà fonte di confusione per il professionista medico che dà la dose, ma le conseguenze possono essere terribili: 100 mg somministrati tre volte al giorno possono essere efficaci come anticonvulsivonte, ma una singola dose di 100 g è più di 10 volte la quantità letale.

Il Sistema internazionale di unità di misura (unità SI)

Le unità di misura per sette proprietà fondamentali (“unità di base”): lunghezza, massa, tempo, temperatura, corrente elettrica, quantità di sostanza e intensità luminosa, sono state fissate di comune accordo internazionale. Sono chiamati Sistema Internazionale di Unità o Unità SI. Le unità per altre proprietà possono essere derivate da queste sette unità di base. Le unità di misura quotidiane sono spesso definite come frazioni o multipli di altre unità. Il latte è comunemente confezionato in contenitori da 1 gallone (4 litri), 1 quarto (0,25 galloni) e una pinta (0,5 litri). Questo stesso approccio viene utilizzato con le unità SI, ma queste frazioni o multipli sono sempre potenze di 10. Le unità SI frazionarie o multiple sono denominate utilizzando un prefisso e il nome dell’unità di base. Ad esempio, una lunghezza di 1000 metri è anche chiamata chilometro perché il prefisso kilo significa “mille”, che nella notazione scientifica è 10³ (1 chilometro = 1000 m = 10³ m).

Unità SI standard

Le unità iniziali del sistema metrico, che alla fine si evolsero nel sistema SI, furono stabilite in Francia durante la Rivoluzione francese. Le norme originali per il contatore e il chilogrammo furono adottate lì nel 1799 e infine da altri paesi. Le seguenti sono le quattro unità di base SI comunemente utilizzate in chimica.

1. Lunghezza

L’unità standard di lunghezza nel sistema SI è il misuratore (m). Un metro è definito come la distanza che la luce percorre nel vuoto in 1/299.792.458 di secondo. Distanze più lunghe sono spesso segnalate in chilometri (1 km = 1000 m = 10³ m), mentre distanze più brevi possono essere segnalate in centimetri (1 cm = 0,01 m = 10⁻² m) o millimetri (1 mm = 0,001 m = 10⁻³ m).

2. Messa

L’unità di massa standard nel sistema SI è il chilogrammo (kg). Un chilogrammo è definito dalla massa di un oggetto di riferimento – un cilindro metallico realizzato in lega platino-iridio con un’altezza e un diametro di 39 mm. Si dice che qualsiasi oggetto con la stessa massa di questo riferimento abbia una massa di 1 chilogrammo. Il grammo (g) è esattamente uguale a 1/1000 della massa del chilogrammo (10⁻³ kg).

Il termine “peso” è spesso usato in modo intercambiabile con “massa”. Tuttavia, le due quantità sono diverse. Mentre la massa di un oggetto misura la quantità di materia al suo interno, il suo peso misura la forza gravitazionale esercitata sulla sua materia. Per esempio, se potessimo pesarci sulla luna, che ha una gravità più debole della Terra, peseremo meno di quanto abbiamo fatto sulla Terra. Tuttavia, la massa, la quantità di materia nel nostro corpo, rimarrebbe la stessa.

3. Temperatura

L’unità di temperatura SI è il kelvin (K), anche se il grado Celsius (°C) è consentito anche nel sistema SI, sia con la parola “grado” che con il simbolo di grado utilizzato per le misurazioni Celsius. I gradi Celsius hanno la stessa grandezza di quelli di kelvin, ma le due scale posizionano i loro zeri in luoghi diversi. L’acqua congela a 273,15 K (0 °C) e bolle a 373,15 K (100 °C) per definizione e la temperatura normale del corpo umano è di circa 310 K (37 °C). La scala Fahrenheit (°F) è un’altra unità comunemente usata per misurare la temperatura. Sulla scala Fahrenheit, l’acqua si congela a 32 ° F e bolle a 212 ° F e la normale temperatura corporea umana è di 96 ° F.

Mentre le scale di Fahrenheit e Celsius consentono temperature negative, la scala di Kelvin, chiamata anche scala assoluta, non lo fa. Sulla scala di Kelvin, 0 K è la temperatura più bassa, che è nota come zero assoluto.

Le scale di temperatura sono interconvertibili utilizzando le seguenti formule di conversione:

4. Tempo

L’unità di base del tempo SI è la seconda o le seconde. Intervalli di tempo piccoli e grandi possono essere espressi con i prefissi appropriati. Per esempio:

In alternativa, è possibile utilizzare ore, giorni e anni.

Questo testo è adattato da Openstax, Chimica 2e, Sezione 1.4: Misure.