Densità
Anche: Densità di massa, massa specifica, peso specifico (obsoleto)
La densità di una sostanza indica quanta massa è contenuta per unità di volume ed è una caratteristica di autenticità centrale per i metalli preziosi.
La densità (simbolo: ρ, rho greco) è una delle proprietà materiali più fondamentali in fisica e chimica. Descrive quanta massa è contenuta in un determinato volume. Per i metalli preziosi la densità ha un'importanza pratica particolare: consente verifiche di autenticità rapide e non distruttive ed è indispensabile per il calcolo del valore di fusione.
Definizione e formula
La densità risulta dal quoziente tra massa e volume:
ρ = m / V
ρ = densità [g/cm³ o kg/m³]
m = massa [g o kg]
V = volume [cm³ o m³]
Nel Sistema Internazionale l'unità di base è kg/m³. Nella pratica metallurgica si usa quasi esclusivamente g/cm³ (1 g/cm³ = 1.000 kg/m³). L'acqua a 4 °C ha per definizione una densità di esattamente 1,000 g/cm³ e serve come riferimento per il peso specifico – un rapporto adimensionale che numericamente coincide con la densità in g/cm³.
Densità dei principali metalli preziosi a confronto
| Metallo | Densità (g/cm³) | Numero atomico |
|---|---|---|
| Osmio | 22,59 | 76 |
| Iridio | 22,56 | 77 |
| Platino | 21,45 | 78 |
| Oro | 19,32 | 79 |
| Tungsteno (non è un metallo prezioso) | 19,25 | 74 |
| Rodio | 12,41 | 45 |
| Palladio | 12,02 | 46 |
| Argento | 10,49 | 47 |
| Rame | 8,96 | 29 |
| Piombo | 11,34 | 82 |
| Alluminio | 2,70 | 13 |
Oro e platino sono quindi tra gli elementi più densi presenti in natura. Questa proprietà ha radici fisiche profonde: entrambi i metalli possiedono una struttura cristallina cubica a facce centrate (fcc) con un impacchettamento atomico eccezionalmente efficiente e un elevato peso atomico.
Densità delle leghe
L'oro fino puro (999,9 ‰) ha una densità di 19,32 g/cm³. Non appena l'oro viene legato, la densità cambia in modo percepibile a seconda del metallo di lega:
- Oro 750 (18 carati): circa 15,5–17,8 g/cm³ (a seconda della quota di argento/rame)
- Oro 585 (14 carati): circa 13,0–14,9 g/cm³
- Oro 333 (8 carati): circa 10,5–12,0 g/cm³
La densità precisa di una lega può essere calcolata approssimativamente dalle frazioni volumetriche dei componenti (regola delle miscele), ma se ne discosta leggermente per via delle distorsioni reticolari. Questo mostra: il titolo di una lega influenza direttamente la densità – un legame che la verifica di autenticità sfrutta.
La densità come caratteristica di autenticità
La densità è difficile da falsificare perché è una costante materiale fondamentale. La contraffazione più pericolosa conosciuta sfrutta però proprio una vicinanza di densità: le contraffazioni al tungsteno sono costituite da un nucleo di tungsteno (19,25 g/cm³) rivestito da un sottile strato d'oro. La densità complessiva risulta così vicina a quella dell'oro puro (19,32 g/cm³) che le semplici prove di pesatura falliscono.
Metodi precisi di verifica dell'autenticità basati sulla densità:
- Principio di Archimede (pesatura idrostatica): l'oggetto viene pesato in aria e poi in acqua. Dalla differenza di peso si ricava il volume, e da questo la densità. Molto preciso, ma richiede una bilancia di precisione con gancio inferiore.
- Picnometro: procedura di laboratorio con volume di liquido definito, molto precisa.
- Sigma Metalytics / prova a correnti parassite: misura la resistenza elettrica del metallo, che è indirettamente correlata alla densità.
- Analisi in fluorescenza a raggi X (XRF): determina la composizione in modo non distruttivo – non è una misura diretta della densità, ma è complementare.
La verifica del peso della moneta e la verifica dell'autenticità su questa pagina usano valori di densità nominale per riconoscere scostamenti su monete note.
Formula pratica: calcolare il volume dalla massa
Chi desidera determinare il valore di fusione di oro usato o rottami d'oro necessita del peso fino. Se il volume di un pezzo è noto (ad es. per spostamento d'acqua), la massa si calcola così:
m = ρ × V
Esempio: lingotto d'oro, 10 cm³ di volume (oro fino 999)
m = 19,32 g/cm³ × 10 cm³ = 193,2 g
Viceversa, il volume si può ricavare dal peso misurato – utile quando la forma è irregolare. Per il calcolatore del valore di fusione è poi sufficiente inserire peso e titolo.
Dipendenza dalla temperatura
La densità non è una costante assoluta. All'aumentare della temperatura il metallo si dilata, il volume cresce, la densità diminuisce. Per l'oro il coefficiente di dilatazione lineare è di circa 14,2 × 10⁻⁶ K⁻¹. A temperatura ambiente (20 °C) valgono i valori tabellari; al punto di fusione dell'oro (1.064 °C) la densità del fuso è di circa 17,4 g/cm³. Per la verifica di autenticità quotidiana questo scostamento è trascurabile, purché si misuri a temperatura ambiente.
Densità nell'industria e nella numismatica
Nella produzione di monete le tolleranze di densità sono definite in modo stretto. Il Krugerrand (oro 916, 22 carati) ha una massa fissata di 33,93 g con un diametro di 32,77 mm – valori basati sulla densità nominale della lega d'oro al 91,67 %. Scostamenti dal peso nominale di oltre lo 0,1 % sono considerati indizi di verifica.
Nell'industria la densità ha un ruolo nella pianificazione delle capacità di stoccaggio: un chilogrammo di oro occupa con circa 51,8 cm³ molto meno spazio di un chilogrammo d'argento (circa 95,3 cm³).
In breve
La densità è il metodo fisico più affidabile e antico per valutare l'autenticità dei metalli preziosi. L'oro, con 19,32 g/cm³, è difficilmente imitabile anche tra i candidati come materiali di contraffazione – solo il tungsteno vi si avvicina pericolosamente. Chi vuole verificare monete o lingotti abbina idealmente la prova di densità al test del magnete e a un'ispezione visiva dei punzoni.