Densidade
Também: Densidade mássica, massa específica, peso específico (antigo)
A densidade de uma substância indica quanta massa está contida por unidade de volume e é, para os metais preciosos, um critério de autenticidade central.
A densidade (símbolo: ρ, do grego rho) é uma das propriedades materiais mais fundamentais da física e da química. Descreve quanta massa está contida num determinado volume. Nos metais preciosos a densidade tem um significado prático especial: permite verificações de autenticidade rápidas e não destrutivas e é indispensável no cálculo de valores de fusão.
Definição e fórmula
A densidade resulta do quociente entre a massa e o volume:
ρ = m / V
ρ = densidade [g/cm³ ou kg/m³]
m = massa [g ou kg]
V = volume [cm³ ou m³]
No sistema SI a unidade de base é o kg/m³. Na prática metalúrgica usa-se quase exclusivamente g/cm³ (1 g/cm³ = 1.000 kg/m³). A água a 4 °C tem, por definição, uma densidade de exatamente 1,000 g/cm³ e serve de referência para o peso específico — uma razão adimensional que coincide numericamente com a densidade em g/cm³.
Densidades dos principais metais preciosos em comparação
| Metal | Densidade (g/cm³) | Número atómico |
|---|---|---|
| Ósmio | 22,59 | 76 |
| Irídio | 22,56 | 77 |
| Platina | 21,45 | 78 |
| Ouro | 19,32 | 79 |
| Tungsténio (não é metal precioso) | 19,25 | 74 |
| Ródio | 12,41 | 45 |
| Paládio | 12,02 | 46 |
| Prata | 10,49 | 47 |
| Cobre | 8,96 | 29 |
| Chumbo | 11,34 | 82 |
| Alumínio | 2,70 | 13 |
O ouro e a platina contam-se, assim, entre os elementos naturais mais densos que existem. Esta propriedade está fisicamente enraizada: ambos os metais possuem uma estrutura cristalina cúbica de faces centradas (CFC) com uma densidade de empacotamento dos átomos extraordinariamente eficiente, bem como um elevado peso atómico.
Densidade de ligas
O ouro fino puro (999,9 ‰) tem uma densidade de 19,32 g/cm³. Assim que o ouro é ligado, a densidade altera-se de forma percetível consoante o metal de liga:
- Ouro 750 (18 quilates): cerca de 15,5–17,8 g/cm³ (conforme o teor de prata/cobre)
- Ouro 585 (14 quilates): cerca de 13,0–14,9 g/cm³
- Ouro 333 (8 quilates): cerca de 10,5–12,0 g/cm³
A densidade exata de uma liga pode ser calculada aproximadamente a partir das frações volumétricas dos componentes (regra das misturas), desviando-se porém ligeiramente devido a distorções da rede cristalina. Isto demonstra que o toque de uma liga influencia diretamente a densidade — uma relação que a verificação de autenticidade aproveita.
A densidade como critério de autenticidade
A densidade é difícil de falsificar, por ser uma constante material fundamental. A falsificação mais perigosa conhecida explora, porém, precisamente uma proximidade de densidade: as falsificações com tungsténio consistem num núcleo de tungsténio (19,25 g/cm³) revestido com uma fina camada de ouro. A densidade total situa-se tão perto da do ouro puro (19,32 g/cm³) que as simples pesagens falham.
Métodos precisos de verificação de autenticidade baseados na densidade:
- Princípio de Arquimedes (pesagem hidrostática): o objeto é pesado no ar e depois em água. Da diferença de peso obtém-se o volume e, a partir daí, a densidade. Muito preciso, mas exige uma balança de precisão com suspensão.
- Picnómetro: método laboratorial com volume de líquido definido, muito preciso.
- Sigma Metalytics / ensaio por correntes de Foucault: mede a resistência elétrica do metal, que se correlaciona indiretamente com a densidade.
- Análise por fluorescência de raios X (FRX): determina a composição de forma não destrutiva — não é uma medição direta de densidade, mas é complementar.
O verificador de peso de moedas e a verificação de autenticidade neste site utilizam valores de densidade nominais para detetar desvios em moedas conhecidas.
Fórmula prática: calcular o volume a partir da massa
Quem pretende determinar o valor de fusão de ouro usado ou de sucata precisa do peso fino. Se o volume de uma peça é conhecido (p. ex. por deslocamento de água), a massa pode ser calculada:
m = ρ × V
Exemplo: barra de ouro, 10 cm³ de volume (ouro fino 999)
m = 19,32 g/cm³ × 10 cm³ = 193,2 g
Inversamente, o volume pode ser deduzido do peso medido — útil quando a forma é irregular. Para a calculadora de valor de fusão basta então introduzir o peso e o toque.
Dependência da temperatura
A densidade não é uma constante absoluta. Com o aumento da temperatura o metal dilata, o volume cresce e a densidade diminui. Para o ouro o coeficiente de dilatação linear é de cerca de 14,2 × 10⁻⁶ K⁻¹. À temperatura ambiente (20 °C) os valores de tabela são válidos; no ponto de fusão do ouro (1.064 °C) a densidade da massa fundida é de cerca de 17,4 g/cm³. Para a verificação de autenticidade no dia a dia este desvio é desprezável, desde que se meça à temperatura ambiente.
Densidade na indústria e na numismática
No fabrico de moedas as tolerâncias de densidade são estritamente definidas. O Krugerrand (ouro 916, 22 quilates) tem uma massa fixada de 33,93 g com um diâmetro de 32,77 mm — valores que assentam na densidade nominal da liga de ouro a 91,67 %. Desvios do peso nominal superiores a 0,1 % são considerados indício de verificação.
Na indústria, a densidade tem relevância no planeamento de capacidade de armazenamento: um quilograma de ouro ocupa, com cerca de 51,8 cm³, muito menos espaço do que um quilograma de prata (cerca de 95,3 cm³).
Em resumo
A densidade é o método físico mais fiável e mais antigo para avaliar a autenticidade de metais preciosos. O ouro, com 19,32 g/cm³, dificilmente pode ser imitado, mesmo entre os candidatos a material de falsificação — apenas o tungsténio chega perigosamente perto. Quem pretende verificar moedas ou barras combina, idealmente, a verificação de densidade com o teste do íman e uma inspeção visual das punções.