Determinazione della densità (Archimede)
Anche: Misura archimedea della densità, pesatura idrostatica, pesatura sott'acqua
Metodo non distruttivo per la verifica dell'autenticità dei metalli preziosi mediante la misura della densità specifica secondo il principio di Archimede.
La determinazione della densità secondo il principio di Archimede è uno dei metodi più affidabili e al contempo più accessibili per verificare l'autenticità di oggetti in metallo prezioso. Ogni materiale possiede una densità specifica caratteristica – cioè un rapporto fisso tra massa e volume – che si modifica in modo misurabile per effetto di leghe, materiali di contraffazione o cavità. La procedura è non distruttiva, non richiede sostanze chimiche ed è riproducibile con mezzi semplici.
Il principio di Archimede
Il matematico greco Archimede di Siracusa (circa 287–212 a.C.) riconobbe che un corpo immerso in un liquido subisce una spinta idrostatica pari esattamente al peso del liquido spostato. Per la determinazione della densità dei metalli preziosi ciò significa:
ρ_oggetto = (m_aria / (m_aria − m_acqua)) × ρ_acqua
Legenda:
ρ_oggetto= densità cercata dell'oggetto in esame (g/cm³)m_aria= peso dell'oggetto in aria (g)m_acqua= peso dell'oggetto immerso in acqua (g)ρ_acqua= densità dell'acqua (≈ 0,9982 g/cm³ a 20 °C)
La differenza m_aria − m_acqua corrisponde alla spinta e quindi al volume dell'acqua spostata. Dividendo il peso in aria per questo volume si ottiene la densità dell'oggetto.
Istruzioni passo per passo
- Pesare l'oggetto a secco – usare una bilancia di precisione con risoluzione di almeno 0,01 g; annotare il valore come
m_aria. - Preparare l'acqua – acqua distillata o filtrata a temperatura il più possibile costante (20 °C ideale). Leggere temperatura dell'acqua e densità ρ_acqua da una tabella o assumere ≈ 0,9982 g/cm³.
- Predisporre il dispositivo di immersione – appendere l'oggetto a un filo o filo metallico sottile sotto il piatto della bilancia, immergendolo in acqua senza toccare il fondo del recipiente. Molte bilance di precisione offrono un gancio per l'appensione inferiore.
- Pesare sott'acqua – annotare il valore come
m_acqua. - Calcolare la densità – applicare la formula; confrontare il risultato con i valori di riferimento della tabella.
Densità di riferimento di importanti metalli preziosi e materiali di contraffazione
| Materiale | Densità (g/cm³) | Nota |
|---|---|---|
| Oro 999,9 (oro fino) | 19,32 | valore di riferimento |
| Oro 750 (18 carati) | 15,1–16,4 | a seconda della lega |
| Oro 585 (14 carati) | 13,0–14,5 | a seconda della lega |
| Tungsteno | 19,25 | contraffazione dell'oro più frequente |
| Platino 999 | 21,45 | nettamente più pesante dell'oro |
| Argento 999 | 10,49 | valore di riferimento |
| Argento 835 | 10,0–10,2 | tipico dell'argenteria |
| Piombo | 11,34 | contraffazioni più datate |
| Ottone | 8,4–8,7 | contraffazioni economiche |
| Rame | 8,96 | difficilmente riconoscibile se dorato |
La tabella mostra perché il tungsteno rappresenti il metodo di contraffazione più pericoloso: con 19,25 g/cm³ è così vicino al valore dell'oro fino di 19,32 g/cm³ che solo misure di alta precisione (±0,01 g/cm³) o metodi complementari – come l'analisi in fluorescenza a raggi X o la prova a ultrasuoni – consentono una distinzione sicura.
Punti di forza e limiti
Punti di forza:
- Non distruttiva e senza sostanze chimiche
- Riconosce in modo affidabile cavità, riempimenti e leghe false
- Costi ridotti: bastano una bilancia di precisione con gancio di appensione e un recipiente d'acqua
- Adatta a lingotti, monete e gioielli allo stesso modo
Limiti e fonti di errore:
- Bolle d'aria sull'oggetto falsano la spinta (sgrassare l'oggetto prima della misura)
- Oggetti molto piccoli (sotto 1 g) richiedono microbilance per risultati affidabili
- Un nucleo di tungsteno in lingotti rivestiti d'oro può avvicinare la densità complessiva al valore di riferimento se il rapporto è giusto – qui è indicata anche una prova a ultrasuoni o una prova di foratura
- Leghe di composizione ignota forniscono solo un valore sospetto, non un titolo univoco
- Superfici irregolari (coniature, zigrinature) e aria adesa richiedono una preparazione accurata
Combinazione con altri metodi di verifica
Per una valutazione sicura si raccomanda la determinazione della densità come primo stadio di un protocollo di verifica a più fasi:
- Determinazione della densità – rapida classificazione di massima (contraffazione o plausibile)
- Test del magnete – esclude materiali di contraffazione ferromagnetici
- Prova del suono – fornisce indizi su cavità
- Analisi in fluorescenza a raggi X (XRF) – composizione elementare esatta in superficie
- Prova all'acido – riscontro chimico in caso di sospetto di contraffazioni dorate
Per le monete e i lingotti da valutare rispetto al prezzo attuale dell'oro, la determinazione della densità offre un solido primo orientamento, prima che un rivenditore o una raffineria valutino formalmente il pezzo.
Consiglio pratico: correzione della temperatura
L'acqua ha la sua massima densità a 4 °C (1,0000 g/cm³). A temperatura ambiente di 20 °C è di 0,9982 g/cm³. Chi desidera misurare con una precisione di ±0,05 g/cm³ dovrebbe misurare la temperatura effettiva dell'acqua e usare il corrispondente valore di densità da una tabella di riferimento. Per la maggior parte delle prove domestiche è sufficiente il valore approssimato di 0,998 g/cm³.
In breve
La determinazione archimedea della densità è uno strumento semplice, affidabile ed economico per una prima verifica dell'autenticità dei metalli preziosi. Riconosce subito la maggior parte delle contraffazioni – solo le contraffazioni al tungsteno di alta qualità richiedono metodi complementari. In combinazione con la verifica di peso e dimensioni tramite la verifica del peso della moneta, copre l'ampio spettro delle situazioni di verifica quotidiane.