Medição: Unidades Padrão

Cada medição fornece três tipos de informação: o tamanho ou a magnitude da medição (um número), um padrão de comparação para a medição (uma unidade) e uma indicação da incerteza da medição. Enquanto que o número e a unidade são explicitamente representados quando uma quantidade é escrita, a incerteza é um aspecto dos erros nos resultados da medição.

O número na medição pode ser representado de diferentes formas, incluindo a forma decimal e a notação científica, que também é conhecida como notação exponencial. Por exemplo, o peso máximo de descolagem de um avião Boeing 777-200ER é de 298.000 quilogramas, o que também pode ser escrito como 2,98 × 10⁵ kg. 

Unidades, como litros, libras, e centímetros, são padrões de comparação para medições. Uma garrafa de 2 litros de um refrigerante contém um volume de bebida duas vezes superior ao volume aceite de 1 litro. Sem unidades, um número pode não ter sentido, ser confuso, ou possivelmente ameaçar de vida. Suponha que um médico prescreve fenobarbital para controlar as convulsões de um paciente e indica uma dose de “100” sem especificar unidades. Não só isso será confuso para o profissional médico que fornece a dose, mas as consequências podem ser terríveis: 100 mg dado três vezes por dia pode ser eficaz como um anticonvulsivo, mas uma dose única de 100 g é mais de 10 vezes a quantidade letal.

O Sistema Internacional de Unidades (Unidades SI)

As unidades de medição para sete propriedades fundamentais (“unidades base”): comprimento, massa, tempo, temperatura, corrente eléctrica, quantidade de substância, e intensidade luminosa, foram fixadas por um acordo internacional. Elas são chamadas de Sistema Internacional de Unidades ou Unidades SI. As unidades para outras propriedades podem ser derivadas dessas sete unidades base. As unidades de medição diárias são frequentemente definidas como frações ou múltiplos de outras unidades. O leite é geralmente empacotado em recipientes de 1 galão (4 quartos), 1 quarto (0,25 galões), e um quartilho (0,5 quartos). Esta mesma abordagem é utilizada com unidades SI, mas estas frações ou múltiplos são sempre potências de 10. As unidades SI fracionárias ou múltiplas são nomeadas usando um prefixo e o nome da unidade base. Por exemplo, um comprimento de 1000 metros também é chamado de quilómetro, porque o prefixo quilo significa “mil”, que em notação científica é de 10³ (1 quilómetro = 1000 m = 10³ m).

Unidades SI Padrão

As unidades iniciais do sistema métrico, que eventualmente evoluiu para o sistema SI, foram estabelecidas em França durante a Revolução Francesa. Os padrões originais para o metro e o quilograma foram adoptados lá em 1799 e eventualmente por outros países. Em seguida estão as quatro unidades SI base comumente usadas em química.

1. Comprimento

A unidade padrão de comprimento no sistema SI é o metro (m). Um metro é definido como a distância que a luz percorre em um vácuo em 1/299.792.458 de segundo. As distâncias mais longas são frequentemente indicadas em quilómetros (1 km = 1000 m = 10³), enquanto que distâncias mais curtas podem ser indicadas em centímetros (1 cm = 0,01 m = 10⁻² m) ou milímetros (1 mm = 0,001 m = 10⁻³ m).

2. Massa

A unidade padrão de massa no sistema SI é o quilograma (kg). Um quilograma é definido pela massa de um objecto de referência – um cilindro metálico feito de liga de irídio-platina com uma altura e diâmetro de 39 mm. Diz-se que qualquer objecto com a mesma massa desta referência tem uma massa de 1 quilograma. O grama (g) é exactamente igual a 1/1000 da massa do quilograma (10⁻³ kg).

O termo “peso” é frequentemente utilizado de forma intercambiável com “massa”. No entanto, as duas quantidades são diferentes. Enquanto que a massa de um objeto mede a quantidade de matéria dentro dele, o seu peso mede a força gravitacional exercida sobre a sua matéria. Por exemplo, se nós pudéssemos pesar-nos na lua, que tem uma gravidade mais fraca do que a Terra, nós pesaríamos menos do que na Terra. No entanto, a massa—a quantidade de matéria no nosso corpo—permaneceria a mesma.

3. Temperatura

A unidade SI de temperatura é o kelvin (K), embora o grau Celsius (°C) também seja permitido no sistema SI, com tanto a palavra “grau” como o símbolo de grau usados para as medições em Celsius. Graus Celsius têm a mesma magnitude que os graus kelvin, mas as duas escalas têm os seus zeros em lugares diferentes. A água congela a 273,15 K (0 °C) e ferve a 373,15 K (100 °C) por definição, e a temperatura normal do corpo humano é de aproximadamente 310 K (37 °C). A escala de Fahrenheit (°F) é outra unidade frequentemente usada para medir a temperatura. Na escala de Fahrenheit, a água congela a 32 °F e ferve a 212 °F, e a temperatura normal do corpo humano é de 96 °F. 

Enquanto que as escalas Fahrenheit e Celsius permitem temperaturas negativas, a escala de Kelvin, também chamada de escala absoluta, não. Na escala Kelvin, 0 K é a temperatura mais baixa, que é conhecida como zero absoluto. 

As escalas de temperatura são interconversíveis utilizando as seguintes fórmulas de conversão:

4. Tempo

A unidade SI base de tempo é o segundo (s). Intervalos de tempo pequenos e grandes podem ser expressos com os prefixos apropriados. Por exemplo: 

Alternativamente, podem ser usadas horas, dias, e anos.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 1.4: Measurements.