Densità di una pietra: definizione, misura di Archimede, tabella
La densità confronta la massa di una pietra con quella dello stesso volume d'acqua. Aiuta a distinguere quarzo, vetro, ambra o zirconia, e si misura a casa con una bilancia e un bicchiere d'acqua.
Da ricordare
| Definizione | Massa volumica della pietra divisa per quella dell'acqua (senza unità) |
|---|---|
| Massa volumica | In g/cm³, stesso valore numerico della densità |
| Valori di riferimento | Ambra 1,05-1,10; quarzo 2,65; diamante 3,52; corindone 4,0; oro 19,3 |
| Metodo | Pesata idrostatica (Archimede) |
| Formula | d = massa in aria / (massa in aria − massa in acqua) |
| Limite | Poco affidabile sotto 3 g, per pietre porose o gioielli montati |
Che cosa misura la densità
La massa volumica di un materiale è la sua massa per unità di volume; per i minerali si esprime in grammi per centimetro cubo (g/cm³). La densità (o peso specifico) è il rapporto di questa massa volumica con quella dell'acqua: è un numero senza unità. Poiché l'acqua pesa 1 g/cm³ (più o meno, a temperatura ambiente), i due numeri sono praticamente identici. Quarzo, densità 2,65: significa che un pezzo di quarzo pesa 2,65 volte quanto un uguale volume d'acqua.
La densità di un minerale dipende da due fattori: il peso dei suoi atomi (il piombo è più pesante del silicio) e la loro compattezza (il modo in cui sono impilati). Il diamante e la grafite, entrambi di carbonio, ne sono la prova: circa 3,52 per il diamante, da 2,1 a 2,2 per la grafite.
Si può calcolare a partire dalla struttura
Per un cristallo, la densità si calcola: d = (Z × M) / (N × V), dove Z è il numero di unità formulari nella cella, M la massa molare, N il numero di Avogadro (6,022 × 10²³) e V il volume della cella. Abbiamo eseguito questo calcolo a partire dai parametri di cella pubblicati:
| Minerale | Cella | Densità calcolata | Valore delle tabelle |
|---|---|---|---|
| Salgemma NaCl | cubica, a = 5,640 Å, Z = 4 | 2,16 | 2,16 |
| Quarzo SiO2 | a = 4,913 Å, c = 5,405 Å, Z = 3 | 2,65 | 2,65 |
| Calcite CaCO3 | a = 4,989 Å, c = 17,062 Å, Z = 6 | 2,71 | 2,71 |
| Fluorite CaF2 | a = 5,463 Å, Z = 4 | 3,18 | da 3,0 a 3,3 |
| Diamante C | a = 3,567 Å, Z = 8 | 3,52 | 3,52 |
| Corindone Al2O3 | a = 4,759 Å, c = 12,991 Å, Z = 6 | 3,99 | da 3,9 a 4,1 |
| Pirite FeS2 | a = 5,417 Å, Z = 4 | 5,01 | circa 5,0 |
| Galena PbS | a = 5,936 Å, Z = 4 | 7,60 | da 7,4 a 7,6 |
I valori concordano: la densità non è un dato arbitrario, deriva dall'architettura atomica. I valori reali di un campione possono essere un po' più bassi (inclusioni, vuoti) o variare con la composizione.
Riferimenti: una scala di densità
| Materiale | Densità (circa) |
|---|---|
| Ambra | da 1,05 a 1,10 |
| Giaietto | da 1,30 a 1,35 |
| Opale | da 1,9 a 2,2 |
| Ossidiana | da 2,35 a 2,45 |
| Vetro comune | da 2,4 a 2,6 |
| Agata, calcedonio | 2,6 |
| Quarzo (cristallo di rocca, ametista) | 2,65 |
| Perla, corallo | da 2,6 a 2,8 |
| Calcite | 2,71 |
| Cristallo al piombo | da 2,9 a 3,1 |
| Giada (nefrite / giadeite) | da 2,9 a 3,1 / da 3,3 a 3,4 |
| Moissanite | 3,22 |
| Topazio, diamante | 3,5 |
| Granati | da 3,5 a 4,3 |
| Corindone (rubino, zaffiro) | circa 4,0 |
| Zircone | da 4,6 a 4,7 |
| Pirite | circa 5,0 |
| Ematite | circa 5,2 |
| Zirconia cubica | da 5,6 a 6,0 |
| Meteorite ferro-nichel | da 7,3 a 7,9 |
| Rame nativo | circa 8,9 |
| Oro nativo (puro) | 19,3 |
I valori variano di qualche punto percentuale a seconda del campione. Veda meteorite, ematite e ambra.
Misurare la densità a casa: la pesata idrostatica
Il principio risale ad Archimede: un oggetto immerso nell'acqua riceve una spinta pari al peso dell'acqua spostata. La perdita di peso apparente fornisce quindi il volume. Serve una bilancia precisa al centigrammo (0,01 g), un filo sottile, un bicchiere d'acqua, un piccolo supporto per sospendere la pietra.
- Pesi la pietra asciutta: annoti P aria.
- La leghi al filo, la sospenda nel bicchiere d'acqua senza toccare pareti né fondo, preferibilmente senza appoggiarla sulla bilancia; annoti P acqua.
- Calcoli: d = P aria / (P aria − P acqua).
Esempio. Una pietra pesa 12,40 g in aria e 7,70 g in acqua. La perdita è di 4,70 g, quindi d = 12,40 / 4,70 = 2,64: è coerente con il quarzo (2,65). Verifichiamo la precisione: con un errore di 0,01 g nella pesata in acqua, il risultato varia da 2,63 a 2,64; l'incertezza è dell'ordine del centesimo. Al contrario, per una pietra di 1,2 g che pesa 0,75 g in acqua, un errore di 0,02 g dà un risultato compreso tra 2,55 e 2,79: inutilizzabile.
Consigli: tolga le bollicine d'aria attaccate alla pietra, la bagni con una goccia di detersivo per piatti per rompere la tensione superficiale, lavori con acqua a temperatura ambiente, e ripeta la misura tre volte. Limiti: il metodo non vale per una pietra montata su un gioiello, per una pietra porosa (turchese, opale idrofana) che assorbe acqua, per un oggetto cavo o per una pietra di meno di 3 g.
Il test dell'ambra nell'acqua salata
L'ambra baltica è molto leggera (da 1,05 a 1,10). Un'acqua salata satura ha una densità di circa 1,2. Una perla d'ambra galleggia quindi, mentre molte imitazioni di vetro o di bachelite affondano. Preparazione: sciolga sale da cucina in acqua tiepida, circa 5 o 6 cucchiai per 250 mL, fino a quando il sale non si scioglie più. Immerga il pezzo, poi lo risciacqui e lo asciughi subito. Questo test è solo indicativo: anche il copale (resina più giovane) e alcune plastiche galleggiano. Lo eviti per i pezzi incollati, porosi o fragili. Veda riconoscere un'ambra autentica.
A che cosa serve la densità per riconoscere una pietra
- Zirconia cubica contro diamante: la zirconia (da 5,6 a 6,0) è circa 1,6 volte più pesante del diamante (3,52) a parità di volume. Una zirconia della grandezza di un diamante da un carato pesa quasi 1,6 carati.
- Cristallo di rocca contro cristallo al piombo: 2,65 contro 2,9-3,1: il cristallo al piombo è sensibilmente più pesante in mano.
- Quarzo contro vetro: 2,65 contro circa 2,5: la differenza è troppo piccola per decidere, è un indizio tra altri.
- Pietra lavica (basalto con bolle): leggera per le sue dimensioni; ematite: sorprendentemente pesante in mano.
Una parola sulla sicurezza. I gemmologi usano liquidi molto densi (diiodometano, bromoformio) per classificare le pietre. Questi prodotti sono tossici: non li usi mai a casa. Veda vera o falsa pietra, i nostri impegni e, per un pezzo di valore, i certificati.
Domande frequenti
Qual è la differenza tra densità e massa volumica?
La massa volumica si esprime in g/cm³. La densità è il rapporto con l'acqua e non ha unità. I valori numerici sono praticamente identici.
Come misurare la densità di una pietra senza attrezzatura da laboratorio?
Con una bilancia precisa al centigrammo, un filo e un bicchiere d'acqua: d = massa in aria divisa per la perdita di peso in acqua. È affidabile a partire da circa 3 g.
La densità basta a provare che una pietra è vera?
No. Fornisce un indizio. Più minerali hanno densità vicine, e inclusioni o vuoti modificano il valore. Un certificato di laboratorio resta l'unica prova.
Perché l'ambra galleggia nell'acqua salata?
Perché la sua densità (circa 1,08) è inferiore a quella di un'acqua salata satura (circa 1,2). Il test è indicativo: anche altre materie leggere galleggiano.
La densità cambia con il colore?
A volte un po', quando il colore deriva da una variazione di composizione: il granato ricco di ferro è più denso del granato ricco di magnesio.
Da leggere anche
I significati citati appartengono alla tradizione e al simbolismo. Non sono né promesse di risultati né consigli medici. Torna a Mineralogia per principianti.