Določanje gostote (Arhimed)
Tudi: arhimedovo merjenje gostote, hidrostatično tehtanje, podvodno tehtanje
Nedestruktivna metoda za preverjanje pristnosti plemenitih kovin z merjenjem specifične gostote po Arhimedovem načelu.
Določanje gostote po Arhimedovem načelu je ena najzanesljivejših in hkrati najbolj dostopnih metod za preverjanje pristnosti kosov plemenitih kovin. Vsaka snov ima značilno specifično gostoto – torej stalno razmerje med maso in prostornino –, ki se z zlitinami, ponarejevalnimi materiali ali votlinami merljivo spremeni. Postopek je nedestruktiven, ne potrebuje kemikalij in je s preprostimi sredstvi ponovljiv.
Arhimedovo načelo
Grški matematik Arhimed iz Sirakuz (pribl. 287–212 pr. n. št.) je spoznal, da telo, potopljeno v tekočino, doživi vzgon, ki natanko ustreza teži izpodrinjene tekočine. Za določanje gostote plemenitih kovin to pomeni:
ρ_predmet = (m_zrak / (m_zrak − m_voda)) × ρ_voda
Legenda:
ρ_predmet= iskana gostota preskušanca (g/cm³)m_zrak= teža predmeta v zraku (g)m_voda= teža predmeta pri potopitvi v vodo (g)ρ_voda= gostota vode (≈ 0,9982 g/cm³ pri 20 °C)
Razlika m_zrak − m_voda ustreza vzgonu in s tem prostornini izpodrinjene vode. Če težo v zraku delimo s to prostornino, dobimo gostoto predmeta.
Navodila po korakih
- Suho tehtanje predmeta – uporabi precizno tehtnico z ločljivostjo vsaj 0,01 g; vrednost zabeleži kot
m_zrak. - Priprava vode – destilirana ali filtrirana voda pri čim bolj konstantni temperaturi (idealno 20 °C). Temperaturo vode in gostoto ρ_voda odčitaj iz tabele ali privzemi ≈ 0,9982 g/cm³.
- Nastavitev podvodne priprave – predmet obesi na tanko nit ali žico pod tehtalno skodelico v vodo, ne da bi se dotaknil dna posode. Mnoge precizne tehtnice imajo kljuko za obešanje.
- Tehtanje pod vodo – vrednost zabeleži kot
m_voda. - Izračun gostote – uporabi formulo; rezultat primerjaj z referenčnimi vrednostmi v tabeli.
Referenčne gostote pomembnih plemenitih kovin in ponarejevalnih materialov
| Material | Gostota (g/cm³) | Opomba |
|---|---|---|
| Zlato 999,9 (čisto zlato) | 19,32 | referenčna vrednost |
| Zlato 750 (18 karatov) | 15,1–16,4 | odvisno od zlitine |
| Zlato 585 (14 karatov) | 13,0–14,5 | odvisno od zlitine |
| Volfram | 19,25 | najpogostejši ponaredek zlata |
| Platina 999 | 21,45 | bistveno težja od zlata |
| Srebro 999 | 10,49 | referenčna vrednost |
| Srebro 835 | 10,0–10,2 | tipično za jedilni pribor |
| Svinec | 11,34 | starejši ponaredki |
| Medenina | 8,4–8,7 | poceni ponaredki |
| Baker | 8,96 | pozlačen komaj prepoznaven |
Tabela pokaže, zakaj je volfram najnevarnejša metoda ponarejanja: z 19,25 g/cm³ je vrednosti čistega zlata 19,32 g/cm³ tako blizu, da le visoko precizne meritve (±0,01 g/cm³) ali dopolnilni postopki – kot rentgenska fluorescenčna analiza ali ultrazvočno preverjanje – omogočajo zanesljivo razlikovanje.
Prednosti in omejitve
Prednosti:
- nedestruktivno in brez kemikalij
- zanesljivo prepozna votline, polnila in napačne zlitine
- nizki stroški: precizna tehtnica z obešalom in posoda vode zadostujeta
- primerno za palice, kovance in nakit
Omejitve in viri napak:
- zračni mehurčki na predmetu popačijo vzgon (predmet pred meritvijo razmasti)
- zelo majhni predmeti (pod 1 g) zahtevajo mikrotehtnice za zanesljive rezultate
- volframovo jedro v zlato prevlečenih palicah lahko skupno gostoto približa referenčni vrednosti, če je razmerje pravo – tu je dodatno potrebno ultrazvočno preverjanje ali vzorčenje z vrtanjem
- zlitine z neznano sestavo dajo le sumljivo vrednost, ne enoznačne čistosti
- neravne površine (kovanje, rebrenje) in prilepljen zrak zahtevajo skrbno pripravo
Kombinacija z drugimi preskusnimi metodami
Za zanesljivo presojo se priporoča določanje gostote kot prva stopnja v večstopenjskem preskusnem protokolu:
- Določanje gostote – hitra groba razvrstitev (ponaredek ali verjetno pristno)
- Magnetni test – izključi feromagnetne ponarejevalne materiale
- Zvočni test – daje namige o votlinah
- Rentgenska fluorescenčna analiza (XRF) – natančna sestava elementov na površini
- Kislinski test – kemični dokaz ob sumu na pozlačene ponaredke
Za kovance in palice, ki jih vrednotimo po trenutni ceni zlata, ponuja določanje gostote trdno prvo usmeritev, preden trgovec ali talilnica kos formalno oceni.
Praktičen nasvet: temperaturni popravek
Voda ima največjo gostoto pri 4 °C (1,0000 g/cm³). Pri sobni temperaturi 20 °C znaša 0,9982 g/cm³. Kdor želi meriti natančno na ±0,05 g/cm³, naj izmeri dejansko temperaturo vode in uporabi ustrezno vrednost gostote iz referenčne tabele. Za večino domačih preverjanj zadostuje približna vrednost 0,998 g/cm³.
Na kratko
Arhimedovo določanje gostote je preprosto, zanesljivo in cenovno ugodno orodje za prvo preverjanje pristnosti plemenitih kovin. Večino ponaredkov prepozna takoj – le kakovostni volframovi ponaredki zahtevajo dopolnilne postopke. V kombinaciji s preverjanjem teže in mer prek preverjanja teže kovanca pokrije široko paleto vsakdanjih preskusnih situacij.