Densidad de una piedra: definición, pesada de Arquímedes y tabla
La densidad compara la masa de una piedra con la de un mismo volumen de agua. Ayuda a distinguir cuarzo, vidrio, ámbar o circonia, y se mide en casa con una balanza y un vaso de agua.
Lo esencial
| Definición | Masa volúmica de la piedra dividida entre la del agua (sin unidad) |
|---|---|
| Masa volúmica | En g/cm³, con el mismo valor numérico que la densidad |
| Referencias | Ámbar 1,05-1,10; cuarzo 2,65; diamante 3,52; corindón 4,0; oro 19,3 |
| Método | Pesada hidrostática (Arquímedes) |
| Fórmula | d = masa en el aire / (masa en el aire − masa en el agua) |
| Límite | Poco fiable por debajo de 3 g, en piedras porosas o en joyas montadas |
Lo que mide la densidad
La masa volúmica de un material es su masa por unidad de volumen; en los minerales se expresa en gramos por centímetro cúbico (g/cm³). La densidad (o peso específico) es la razón entre esa masa volúmica y la del agua: es un número sin unidad. Como el agua pesa 1 g/cm³ (aproximadamente, a temperatura ambiente), ambos números son prácticamente idénticos. Cuarzo: una densidad de 2,65 significa que un trozo de cuarzo pesa 2,65 veces más que un mismo volumen de agua.
La densidad de un mineral depende de dos cosas: el peso de sus átomos (el plomo es más pesado que el silicio) y su compacidad (la manera en que están apilados). El diamante y el grafito, ambos de carbono, lo demuestran: unos 3,52 para el diamante, 2,1 a 2,2 para el grafito.
Se puede calcular a partir de la estructura
Para un cristal, la densidad se calcula: d = (Z × M) / (N × V), donde Z es el número de unidades formulares en la celda, M la masa molar, N el número de Avogadro (6,022 × 10²³) y V el volumen de la celda. Hemos hecho este cálculo a partir de los parámetros de celda publicados:
| Mineral | Celda | Densidad calculada | Valor de las tablas |
|---|---|---|---|
| Halita NaCl | cúbica, a = 5,640 Å, Z = 4 | 2,16 | 2,16 |
| Cuarzo SiO2 | a = 4,913 Å, c = 5,405 Å, Z = 3 | 2,65 | 2,65 |
| Calcita CaCO3 | a = 4,989 Å, c = 17,062 Å, Z = 6 | 2,71 | 2,71 |
| Fluorita CaF2 | a = 5,463 Å, Z = 4 | 3,18 | 3,0 a 3,3 |
| Diamante C | a = 3,567 Å, Z = 8 | 3,52 | 3,52 |
| Corindón Al2O3 | a = 4,759 Å, c = 12,991 Å, Z = 6 | 3,99 | 3,9 a 4,1 |
| Pirita FeS2 | a = 5,417 Å, Z = 4 | 5,01 | alrededor de 5,0 |
| Galena PbS | a = 5,936 Å, Z = 4 | 7,60 | 7,4 a 7,6 |
Los valores concuerdan: la densidad no es un dato arbitrario, se deriva de la arquitectura atómica. Los valores reales de una muestra pueden ser algo menores (inclusiones, huecos) o variar con la composición.
Referencias: una escala de densidades
| Materia | Densidad (aprox.) |
|---|---|
| Ámbar | 1,05 a 1,10 |
| Azabache | 1,30 a 1,35 |
| Ópalo | 1,9 a 2,2 |
| Obsidiana | 2,35 a 2,45 |
| Vidrio común | 2,4 a 2,6 |
| Ágata, calcedonia | 2,6 |
| Cuarzo (cristal de roca, amatista) | 2,65 |
| Perla, coral | 2,6 a 2,8 |
| Calcita | 2,71 |
| Cristal de plomo | 2,9 a 3,1 |
| Jade (nefrita / jadeíta) | 2,9 a 3,1 / 3,3 a 3,4 |
| Moissanita | 3,22 |
| Topacio, diamante | 3,5 |
| Granates | 3,5 a 4,3 |
| Corindón (rubí, zafiro) | alrededor de 4,0 |
| Circón | 4,6 a 4,7 |
| Pirita | alrededor de 5,0 |
| Hematites | alrededor de 5,2 |
| Circonia cúbica | 5,6 a 6,0 |
| Meteorito de hierro-níquel | 7,3 a 7,9 |
| Cobre nativo | alrededor de 8,9 |
| Oro nativo (puro) | 19,3 |
Los valores varían unos pocos puntos porcentuales según la muestra. Consulte meteorito, hematites y ámbar.
Medir la densidad en casa: la pesada hidrostática
El principio data de Arquímedes: un objeto sumergido en agua recibe un empuje igual al peso del agua desplazada. La pérdida de peso aparente da, pues, el volumen. Necesita una balanza precisa al centigramo (0,01 g), un hilo fino, un vaso de agua y un pequeño soporte para suspender la piedra.
- Pese la piedra seca: anote P aire.
- Átela al hilo y suspéndala en el vaso de agua sin tocar las paredes ni el fondo, preferiblemente sin apoyarla en la balanza; anote P agua.
- Calcule: d = P aire / (P aire − P agua).
Ejemplo. Una piedra pesa 12,40 g en el aire y 7,70 g en el agua. La pérdida es de 4,70 g, así que d = 12,40 / 4,70 = 2,64: es coherente con el cuarzo (2,65). Veamos la precisión: con un error de 0,01 g en la pesada en agua, el resultado varía entre 2,63 y 2,64; la incertidumbre es del orden de la centésima. En cambio, para una piedra de 1,2 g que pesa 0,75 g en el agua, un error de 0,02 g da un resultado entre 2,55 y 2,79: inutilizable.
Consejos: retire las burbujas de aire adheridas a la piedra, humedézcala con una gota de lavavajillas para romper la tensión superficial, trabaje con agua a temperatura ambiente y repita la medición tres veces. Límites: el método no sirve para una piedra montada en una joya, una piedra porosa (turquesa, ópalo hidrófano) que absorbe agua, un objeto hueco o una piedra de menos de 3 g.
La prueba del ámbar en agua salada
El ámbar báltico es muy ligero (1,05 a 1,10). Un agua salada saturada tiene una densidad de alrededor de 1,2. Una cuenta de ámbar flota, mientras que muchas imitaciones de vidrio o de baquelita se hunden. Preparación: disuelva sal de cocina en agua tibia, unas 5 a 6 cucharadas soperas por cada 250 mL, hasta que la sal ya no se disuelva. Deposite la pieza, luego enjuáguela y séquela de inmediato. Esta prueba es solo indicativa: el copal (resina más joven) y ciertos plásticos también flotan. Evítela con piezas pegadas, porosas o frágiles. Consulte reconocer un ámbar auténtico.
Para qué sirve la densidad al reconocer una piedra
- Circonia cúbica frente a diamante: a igual volumen, la circonia (5,6 a 6,0) es unas 1,6 veces más pesada que el diamante (3,52). Una circonia del tamaño de un diamante de un quilate pesa casi 1,6 quilates.
- Cristal de roca frente a cristal de plomo: 2,65 frente a 2,9 a 3,1: el cristal de plomo es sensiblemente más pesado en la mano.
- Cuarzo frente a vidrio: 2,65 frente a unos 2,5: la diferencia es demasiado pequeña para decidir; es un indicio entre otros.
- Piedra de lava (basalto con burbujas): ligera para su tamaño; hematites: sorprendentemente pesada en la mano.
Una palabra sobre seguridad. Los gemólogos emplean líquidos muy densos (diyodometano, bromoformo) para clasificar las piedras. Estos productos son tóxicos: no los use nunca en casa. Consulte piedra verdadera o falsa, nuestros compromisos y, para una pieza de valor, los certificados.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre densidad y masa volúmica?
La masa volúmica se expresa en g/cm³. La densidad es la razón con respecto al agua y no tiene unidad. Los valores numéricos son prácticamente idénticos.
¿Cómo medir la densidad de una piedra sin material de laboratorio?
Con una balanza precisa al centigramo, un hilo y un vaso de agua: d = masa en el aire dividida entre la pérdida de peso en el agua. Es fiable a partir de unos 3 g.
¿La densidad basta para demostrar que una piedra es auténtica?
No. Da un indicio. Varios minerales tienen densidades parecidas, y las inclusiones o los huecos modifican el valor. Solo un certificado de laboratorio es una prueba.
¿Por qué flota el ámbar en agua salada?
Porque su densidad (alrededor de 1,08) es inferior a la de un agua salada saturada (alrededor de 1,2). La prueba es indicativa: otros materiales ligeros también flotan.
¿La densidad cambia según el color?
A veces un poco, cuando el color procede de una variación de composición: el granate rico en hierro es más denso que el granate rico en magnesio.
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Los significados mencionados pertenecen a la tradición y al simbolismo. No son promesas de resultados ni consejos médicos. Volver a Mineralogía para empezar.