Sűrűségmérés (Arkhimédész)

A sűrűségmérés az arkhimédészi elv alapján az egyik legmegbízhatóbb és egyben legkönnyebben hozzáférhető módszer a nemesfémdarabok valódiságának ellenőrzésére. Minden anyagnak jellemző fajlagos sűrűsége van – vagyis a tömeg és a térfogat rögzített aránya –, amely ötvözetek, hamisítási anyagok vagy üregek hatására mérhetően megváltozik. Az eljárás roncsolásmentes, nem igényel vegyszereket, és egyszerű eszközökkel megismételhető.

Az arkhimédészi elv

A görög matematikus, szürakuszai Arkhimédész (kb. i. e. 287–212) felismerte, hogy egy folyadékba merített test felhajtóerőt tapasztal, amely pontosan a kiszorított folyadékmennyiség súlyával egyezik meg. A nemesfémek sűrűségmérése szempontjából ez azt jelenti:

ρ_tárgy = (m_levegő / (m_levegő − m_víz)) × ρ_víz

Jelmagyarázat:

• ρ_tárgy = a vizsgált tárgy keresett sűrűsége (g/cm³)
• m_levegő = a tárgy súlya levegőben (g)
• m_víz = a tárgy súlya vízbe merítve (g)
• ρ_víz = a víz sűrűsége (≈ 0,9982 g/cm³ 20 °C-on)

A m_levegő − m_víz különbség a felhajtóerőnek, és ezzel a kiszorított víz térfogatának felel meg. Ha a levegőben mért súlyt elosztjuk ezzel a térfogattal, megkapjuk a tárgy sűrűségét.

Lépésről lépésre útmutató

1. A tárgy szárazon mérése – legalább 0,01 g felbontású precíziós mérleget használjunk; az értéket m_levegő-ként jegyezzük fel.
2. A víz előkészítése – desztillált vagy szűrt víz, lehetőleg állandó hőmérsékleten (ideális 20 °C). A víz hőmérsékletét és a ρ_víz sűrűséget táblázatból olvassuk le, vagy vegyük ≈ 0,9982 g/cm³-nek.
3. Víz alatti berendezés beállítása – a tárgyat vékony fonálon vagy dróton függesszük a mérlegtányér alá a vízbe, anélkül hogy az érintené a tartály alját. Sok precíziós mérleg kínál kampót az alsó felfüggesztéshez.
4. Mérés víz alatt – az értéket m_víz-ként jegyezzük fel.
5. Sűrűség kiszámítása – alkalmazzuk a képletet; az eredményt hasonlítsuk össze a táblázat referenciaértékeivel.

A fontosabb nemesfémek és hamisítási anyagok referenciasűrűségei

A táblázat mutatja, miért a volfrám a legveszélyesebb hamisítási módszer: 19,25 g/cm³-ével olyan közel van a finomarany 19,32 g/cm³-es értékéhez, hogy csak nagy pontosságú mérések (±0,01 g/cm³) vagy kiegészítő eljárások – például röntgenfluoreszcens-analízis vagy ultrahangos vizsgálat – tesznek lehetővé biztos megkülönböztetést.

Erősségek és korlátok

Erősségek:

• Roncsolásmentes és vegyszermentes
• Megbízhatóan felismeri az üregeket, kitöltéseket és hamis ötvözeteket
• Alacsony költség: alsó felfüggesztő kampóval ellátott precíziós mérleg és egy edény víz elegendő
• Rudakhoz, érmékhez és ékszerekhez egyaránt alkalmas

Korlátok és hibaforrások:

• A tárgyon lévő légbuborékok meghamisítják a felhajtóerőt (a tárgyat mérés előtt zsírtalanítani kell)
• Nagyon kis tárgyak (1 g alatt) mikromérleget igényelnek a megbízható eredményhez
• A aranybevonatú rudakban lévő volfrámmag az összsűrűséget a referenciaérték közelébe hozhatja, ha az arány megfelelő – itt kiegészítésként ultrahangos vizsgálat vagy fúrópróba javasolt
• Ismeretlen összetételű ötvözetek csak gyanúértéket adnak, nem egyértelmű finomságot
• Egyenetlen felületek (verések, bordázatok) és a tapadó levegő gondos előkészítést igényelnek

Kombináció más vizsgálati módszerekkel

Biztos megítéléshez a sűrűségmérés első lépésként ajánlott egy többlépcsős vizsgálati protokollban:

1. Sűrűségmérés – gyors durva besorolás (hamisítvány vagy hihető)
2. Mágnesteszt – kizárja a ferromágneses hamisítási anyagokat
3. Hangpróba – üregekre utaló jeleket ad
4. Röntgenfluoreszcens-analízis (RFA) – pontos elemösszetétel a felületen
5. Savpróba – kémiai kimutatás aranyozott hamisítványok gyanúja esetén

Érmékhez és rudakhoz, amelyeket az aktuális aranyárhoz kívánnak mérni, a sűrűségmérés szilárd első tájékozódást nyújt, mielőtt egy kereskedő vagy finomító formálisan értékelné a darabot.

Gyakorlati tipp: hőmérséklet-korrekció

A víz sűrűsége 4 °C-on a legnagyobb (1,0000 g/cm³). 20 °C-os szobahőmérsékleten 0,9982 g/cm³. Aki ±0,05 g/cm³ pontossággal szeretne mérni, mérje meg a tényleges vízhőmérsékletet, és használja a megfelelő sűrűségértéket egy referenciatáblázatból. A legtöbb otthoni vizsgálathoz a 0,998 g/cm³-es közelítő érték elegendő.

Röviden megjegyezve

Az arkhimédészi sűrűségmérés egyszerű, megbízható és költséghatékony eszköz a nemesfémek első valódiság-ellenőrzéséhez. A legtöbb hamisítványt azonnal felismeri – csak a jó minőségű volfrámhamisítványok igényelnek kiegészítő eljárásokat. Az érmesúly-ellenőrzővel végzett súly- és méretvizsgálattal kombinálva lefedi a hétköznapi vizsgálati helyzetek széles spektrumát.

Források: lbma.org.uk, mkeh.gov.hu, bipm.org, mnb.hu (HUF)