miniatura|dereita|Imaxe xerada por ordenador do prototipo internacional de quilogramo, composto nun 90% de platino e un 10% de iridio, gárdase no Bureau International des Poids et Mesures (Bureau Internacional de Pesos e Medidas) en Sèvres nas aforas de París. O quilogramo (comunmente quilo cando se usa para quilogramo-forza) é a unidade básica de masa do Sistema Internacional de Unidades (SI). É unha medida amplamente utilizada na ciencia, na enxeñaría e o comercio en todo o mundo. O seu padrón consérvase na Oficina Internacional de Pesos e Medidas. O seu símbolo é kg.
Un quilogramo equivale a 1000 gramos pero, dado que no SI é a unidade fundamental de masa, non debe ser considerado como derivado do gramo.
Tamén é común que se utilice á vez como unidade de peso, aínda que se debería facer baixo o nome de quilogramo forza. O quilogramo-forza correspóndese, aproximadamente, co peso dunha masa de 1 quilogramo situada na superficie terrestre, a nivel do mar. A definición só é correcta na Terra, por canto intervén o valor da gravidade.
O quilogramo é definido en última instancia en termos de tres constantes definitorias do SI, a saber, unha frecuencia de transición específica de 133Cs, a velocidade da luz e a constante de Planck: Un laboratorio de metrología debidamente equipado pode calibrar un instrumento de medición de masa, como unha balanza Kibble, como patrón primario para a masa do quilogramo.
O quilogramo definiuse orixinalmente en 1795, durante a Revolución Francesa, como a masa dun litro de auga. A definición actual do quilogramo coincide con esta definición orixinal en 30 partes por millón. En 1799 un prototipo de platino chamado Kilogramme des Arquives (xa que estaba almacenado nos Archives Nationales de París) substituíuno como patrón de masa. En 1889, un cilindro composto de platino-iridio, o prototipo internacional do quilogramo (IPK), converteuse no estándar da unidade de masa para o sistema métrico e permaneceu así durante 130 anos, antes de que se adoptase o estándar actual en 2019.
Definición do quilogramo O quilogramo defínese en función de tres constantes definitorias: unha frecuencia de transición atómica específica , que define a duración do segundo, a velocidade da luz , que combinada co segundo, define a lonxitude do metro, e a constante de Planck , que combinada co metro e o segundo define a masa do quilogramo.
A definición oficial do quilogramo, de acordo coa Conferencia Xeral de Pesos e Medidas, é:
Da relación exacta obtense a unidade kg·m²·s−1 (a unidade das magnitudes físicas acción e momento angular) e desta a expresión para o quilogramo en función do valor da constante de Planck,:
De aquí, xunto coas definicións do segundo e o metro, obtense a definición da unidade de masa en función das tres constantes: , e :
Esta definición é xeralmente coherente coas definicións anteriores: a masa mantense dentro das 30 ppm da masa dun litro de auga.A densidade da auga é: 0.999972 g/cm3 a 3.984 °C. Véxase Historia das definicións anteriores A primeira definición, decidida en 1795 durante a Revolución Francesa, especificaba que o gramo era a masa dun centímetro cúbico de auga pura no punto de fusión do xeo (aproximadamente a 4 °C). Esta definición era complicada de realizar con exactitude, porque a densidade da auga depende levemente da presión, co que o punto de fusión do xeo non tiña un valor exacto.
En 1875, asínase a Convención do metro, o que leva á produción do Prototipo Internacional do Quilogramo en 1879 e a súa adopción en 1889. Este prototipo estaba fabricado cunha aliaxe de platino e iridio —en proporción de 90-10 %, respectivamente, medida polo peso— en forma de cilindro circular recto, cunha altura igual ao diámetro de 39 milímetros. Tiña unha masa igual á masa de 1 dm³ de auga a presión atmosférica e á temperatura da súa densidade máxima, que é de aproximadamente 4 °C. Devandito prototipo gárdase na Oficina Internacional de Pesos e Medidas, situada en Sèvres, nas proximidades de París (Francia). Este prototipo internacional é un de tres cilindros feitos orixinalmente en 1879. En 1883 o prototipo demostrou ser indistinguible da masa do quilogramo normalizado nese entón, e ratificouse formalmente como o quilogramo na primeira Conferencia Xeral de Pesos e Medidas en 1889.
Por definición, o erro na medición da masa do prototipo internacional do quilogramo era exactamente cero, pois o prototipo internacional do quilogramo era o quilogramo. Con todo, ao longo do tempo puidéronse detectar cambios pequenos comparando o modelo orixinal fronte ás súas copias oficiais. Comparando as masas relativas entre os estándares nun certo prazo estímase a estabilidade do estándar. O prototipo internacional do quilogramo parecía perder preto de 50 microgramos nos últimos 100 anos, e a razón da perda segue sendo descoñecida. Cronoloxía das definicións anteriores miniatura|upright|O prototipo internacional do quilogramo, cuxa masa se definiu nun quilogramo desde 1889 até 2019. 1793: O grave (precursor do quilogramo) definiuse como a masa de 1 litro (dm3) de auga, que se determinou en 18841 grans. 1795: o gramo (1/1000 dun quilogramo) definiuse provisionalmente como a masa dun centímetro cúbico de auga no punto de fusión do xeo. 1799: O Kilogramme des Arquives fabricouse como prototipo. Tiña unha masa igual á masa de 1 dm3 de auga á temperatura da súa densidade máxima, que é de aproximadamente 4 °C. 1875–1889: O Convenio do metro asinouse en 1875, o que conduciu á produción do prototipo internacional do quilogramo (IPK) en 1879 e á súa adopción en 1889. 2019: O quilogramo foi definido en termos da constante de Planck, a velocidade da luz e a frecuencia de transición hiperfina de 133Cs, segundo aprobou a Conferencia Xeral de Pesos e Medidas (CGPM) o 16 de novembro de 2018. Redefinición do patrón miniatura|upright|A balanza de Watt NIST-4, que comezou a funcionar a principios de 2015 no Instituto Nacional de Estándares e Tecnoloxía estadounidense en Gaithersburg, Maryland, que mediu a constante de Planck cunha precisión de 13 partes por millardo en 2017, o cal foi o suficientemente preciso para axudar coa redefinición do quilogramo. 130anos despois da súa implantación, iniciáronse xestións para definir o patrón de quilogramo mediante propiedades físicas que non variasen co tempo. Establecéronse dúas vías principais de investigación. A primeira consistía en basear a definición na masa atómica do silicio. Para iso era necesario fixar o valor do número de Avogadro e contar o número exacto de átomos presentes nunha esfera de silicio, case perfecta na súa xeometría e composición isotópica, cuxas características dimensionais se poden coñecer con gran exactitude. Especificamente, determinaríase o volume ocupado pola esfera e cada un dos seus átomos, e finalmente, co número de Avogadro, determinaríase a masa.
A outra alternativa consistía en fixar o valor da carga do electrón ou o da constante de Planck, que relaciona a enerxía e a frecuencia dunha onda electromagnética por medio da expresión e pódese describir como a unidade de enerxía emitida en interaccións electromagnéticas. A relación entre a enerxía e a masa vén dada pola ecuación determinada por Einstein . Para obter unha definición precisa do quilogramo, o valor de debía determinarse mediante varias medicións con equipos diferentes; os valores obtidos debían ter unha desviación estándar que non superase cinco partes en cen millóns e coincidir entre eles cun valor de confianza do 95 %. Con este fin, varios institutos nacionais de metroloxía traballaron na posta a piques dun dispositivo desenvolvido por Bryan Kibble do National Physical Laboratory británico, denominado balanza de Kibble, tamén chamada balanza de Watt ou de watts, debido a que o watt (tamén vatio) é a unidade da magnitude coa cal se compara unha potencia mecánica cunha eléctrica. A balanza de Kibble establece a relación entre unha masa, a aceleración da gravidade, unha velocidade, dúas frecuencias, e a constante de Planck.
A principios de 2011, pouco antes da celebración da 24.ªConferencia Xeral de Pesos e Medidas, achouse consenso en que o método que se utilizaría sería o da constante de Planck. En 2017 varios laboratorios obtiveron medidas da constante que satisfixeron os requisitos da Oficina Internacional de Pesos e Medidas. O 16 de novembro de 2018, a 26.ªConferencia Xeral de Pesos e Medidas anunciou que a definición do quilogramo pasaría a estar ligada coa constante de Planck. Desta maneira, pódense calibrar os distintos patróns do quilogramo repartidos polo mundo empregando unha balanza de Kibble e o novo valor da constante. A nova definición entrou en vigor o 20 de maio de 2019, quedando o «Grand Quilo» —o patrón parisiense— como un estándar de masa secundario. A constante de Planck pasou a ser definida como 6.62607015×10−34 kg⋅m²⋅s−1, quedando o quilogramo definido a partir desta e, consecuentemente, a partir doutras dúas unidades básicas do SI, o segundo e o metro.
Coa anterior definición fixábase o valor da masa do prototipo internacional do quilogramo como exactamente igual a un quilogramo, e o valor da constante de Planck determinábase experimentalmente, tendo unha incerteza asociada. A definición actual fixa o valor numérico exacto de e é a masa do prototipo a que herda a súa incerteza (1 x 10−8), debendo determinarse a partir de agora experimentalmente. Isto mesmo ocorre para o resto das unidades.
Nome e terminoloxía O quilogramo é a única unidade básica do SI cun prefixo SI (quilo) como parte do seu nome. A palabra quilogramo deriva do francés kilogramme, que á súa vez se formou engadindo o prefixo kilo creado coa palabra grega χίλιοι khilioi, que significa "mil" e gramma, palabra latina que significa "peso pequeno" e que procede do grego γράμμα.Esta palabra grega significaba "letra, algo escrito", mais comezou a empregarse como unidade de peso, supostamente igual a 1/288 da libra romana, é dicir, aproximadamente 1,14 gramos modernos. A chegada da palabra gramme ao francés é pouco coñecida, mais aparece en Carmen de ponderibus et mensuris (8.25), onde indica que é o peso de dous óbolos (Charlton T. Lewis, Charles Short, A Latin Dictionary s.v. "gramma", 1879). Henry George Liddell. Robert Scott. A Greek-English Lexicon (edición revisada e aumentada, Oxford, 1940) s.v. γράμμα, citando a obra do século XX Geoponica e un papiro do século IV editado en L. Mitteis, Griechische Urkunden der Papyrussammlung zu Leipzig, vol. i (1906), 62 ii 27. A palabra kilogramme foi incorporada á lexislación francesa en 1795, no Decreto do 18 de Xerminal, que revisaba o sistema antigo de unidades introducido pola Convención en 1793, cando gravet fora definido como o peso (poids) dun centímetro cúbico de auga, igual á milésima parte dun grave.Convention nationale, décret du 1er août 1793, ed. Duvergier, Collection complète des lois, décrets, ordonnances, règlemens avis du Conseil d'état, publiée sur les éditions officielles du Louvre, vol. 6 (2nd ed. 1834), p. 70. No decreto de 1795 o termo gramme substituíu a gravet e kilogramme a grave. O termo quilo pode empregarse como forma abreviada de quilogramo.