El kilogramo es la unidad básica de masa en el Sistema Internacional de Unidades (SI). Se utiliza ampliamente en la ciencia, la ingeniería y el comercio en todo el mundo. Históricamente, su valor se aproximaba a la masa de un litro de agua, pero esa relación es solo una aproximación y no constituye la definición actual.

Definición actual (desde el 20 de mayo de 2019)

A partir del 20 de mayo de 2019 la definición del kilogramo se basa en la constante de Planck, a la que se le asignó un valor numérico exacto:

h = 6,62607015×10−34 J·s

Como el julio (J) se expresa en unidades fundamentales como kg·m2·s−2, fijar el valor de h junto con las definiciones ya existentes del metro y del segundo determina de forma consistente el kilogramo. En otras palabras, el kilogramo queda definido implícitamente a través de la relación física que contiene a h y las unidades de tiempo y longitud.

Por qué se cambió la definición

La redefinición buscó evitar la dependencia de un objeto material único (el prototipo internacional —«Le Grand K»—) cuya masa podía cambiar con el tiempo por contaminación o desgaste. Basar el kilogramo en una constante fundamental de la naturaleza proporciona una referencia estable, reproducible y accesible en cualquier laboratorio con la tecnología adecuada.

Realizaciones prácticas

Las realizaciones prácticas que permiten “materializar” la nueva definición incluyen:

  • Balanza de Kibble (anteriormente llamada balanza watt): compara la potencia eléctrica con la potencia mecánica para vincular la masa con la constante de Planck, utilizando los efectos Josephson y Hall cuánticos para obtener referencias eléctricas extremadamente precisas.
  • Método de la esfera de silicio (proyecto Avogadro): determina la masa mediante el conteo del número de átomos en una esfera prácticamente perfecta de silicio altamente puro, relacionando así la masa con constantes atómicas.

Breve historia

Antes de 2019, el kilogramo estaba definido por el Prototipo Internacional del Kilogramo (IPK), un cilindro de aleación de platino e iridio guardado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) en Francia. Con el paso del tiempo se observaron pequeñas variaciones entre réplicas, lo que motivó la transición hacia una definición basada en constantes físicas.

Equivalencias y usos corrientes

  • 1 kilogramo = 1000 gramos (1 kg = 103 g).
  • 1 gramo = 0,001 kg.
  • 1 tonelada = 1000 kg (ver tonelada).
  • En unidades anglosajonas, 1 kg ≈ 2,20462 libras. (La equivalencia exacta procede de la definición internacional de la libra.)
  • Un litro de agua a la temperatura de máxima densidad (aprox. 3,98 °C; 277,13 K) y a nivel del mar tiene una masa muy próxima a 1 kg, y esa relación fue la base histórica de la definición del gramo en 1795.

Definiciones alternativas y proyecto atómico

Antes y durante el proceso de redefinición hubo propuestas para definir el kilogramo en términos del número exacto de átomos de una sustancia dada (por ejemplo, átomos de carbono-12 o silicio-28) a una temperatura especificada. El proyecto Avogadro es la realización más desarrollada de esta idea, y las distintas aproximaciones han servido para comprobar y calibrar la nueva definición basada en h.

Implicaciones

La definición moderna garantiza estabilidad a largo plazo, coherencia con otras unidades fundamentales y la posibilidad de reproducir el kilogramo en distintos laboratorios de metrología del mundo sin necesidad de recurrir a un único artefacto. Para la mayoría de aplicaciones cotidianas (comercio, cocina, industria) los cambios no afectan la práctica habitual, pero en metrología de alta precisión la nueva definición mejora la exactitud y trazabilidad de las mediciones de masa.