Densitet

Densiteten (formelbeteckning: ρ, grekiska rho) är en av de mest grundläggande materialegenskaperna inom fysik och kemi. Den beskriver hur mycket massa som finns i en viss volym. För ädelmetaller har densiteten särskild praktisk betydelse: den möjliggör snabba, förstörelsefria äkthetskontroller och är oumbärlig vid beräkning av smältvärden.

Definition och formel

Densiteten fås ur kvoten mellan massa och volym:

ρ = m / V

ρ  = densitet [g/cm³ eller kg/m³]
m  = massa [g eller kg]
V  = volym [cm³ eller m³]

I SI-systemet är basenheten kg/m³. I metallurgisk praxis används nästan uteslutande g/cm³ (1 g/cm³ = 1 000 kg/m³). Vatten vid 4 °C har per definition en densitet på exakt 1,000 g/cm³ och fungerar som referens för den specifika vikten – ett dimensionslöst förhållande som numeriskt sammanfaller med densiteten i g/cm³.

De viktigaste ädelmetallernas densiteter i jämförelse

Guld och platina hör därmed till de tätaste naturligt förekommande grundämnena överhuvudtaget. Egenskapen är djupt rotad i fysiken: båda metallerna har en ytcentrerad kubisk kristallstruktur (fcc) med en ovanligt effektiv atompackning och hög atomvikt.

Densitet hos legeringar

Rent finguld (999,9 ‰) har en densitet på 19,32 g/cm³. Så snart guld legeras ändras densiteten märkbart beroende på legeringspartner:

• 750-guld (18 karat): ca 15,5–17,8 g/cm³ (beroende på silver-/kopparhalt)
• 585-guld (14 karat): ca 13,0–14,9 g/cm³
• 333-guld (8 karat): ca 10,5–12,0 g/cm³

Den exakta densiteten hos en legering kan beräknas ungefärligt ur beståndsdelarnas volymandelar (blandningsregeln), men avviker något på grund av gitterförvrängningar. Det visar: en legerings finhalt påverkar densiteten direkt – ett samband som äkthetskontrollen utnyttjar.

Densiteten som äkthetstecken

Densiteten är svår att förfalska eftersom den är en fundamental materialkonstant. Den farligaste kända förfalskningen utnyttjar dock just en densitetsnärhet: volfram-förfalskningar består av en volframkärna (19,25 g/cm³) som överdras med ett tunt guldskikt. Totaldensiteten hamnar då så nära rent guld (19,32 g/cm³) att enkla vägningsprov misslyckas.

Exakta metoder för densitetsbaserad äkthetskontroll:

1. Arkimedes princip (hydrostatisk vägning): föremålet vägs i luft och därefter i vatten. Ur viktskillnaden fås volymen och därav densiteten. Mycket exakt, men kräver en finvåg med undervägningsanordning.
2. Pyknometer: laboratoriemetod med definierad vätskevolym, mycket exakt.
3. Sigma Metalytics / virvelströmsprovning: mäter metallens elektriska resistans, som indirekt korrelerar med densiteten.
4. Röntgenfluorescensanalys (XRF): bestämmer sammansättningen förstörelsefritt – ingen direkt densitetsmätning, men kompletterande.

Myntviktskontrollen och äkthetskontrollen på denna webbplats använder bördensitetsvärden för att upptäcka avvikelser hos kända mynt.

Praktisk formel: beräkna volym ur massa

Den som vill bestämma smältvärdet på skrotguld eller trasigt guld behöver finvikten. Om ett föremåls volym är känd (t.ex. genom vattenförflyttning) kan massan beräknas:

m = ρ × V

Exempel: guldtacka, 10 cm³ volym (finguld 999)
m = 19,32 g/cm³ × 10 cm³ = 193,2 g

Omvänt kan volymen härledas ur den uppmätta vikten – användbart när formen är oregelbunden. För smältvärdesräknaren räcker det då att ange vikt och finhalt.

Temperaturberoende

Densiteten är ingen absolut konstant. Med stigande temperatur utvidgas metallen, volymen växer och densiteten sjunker. För guld är den linjära utvidgningskoefficienten ca 14,2 × 10⁻⁶ K⁻¹. Vid rumstemperatur (20 °C) gäller tabellvärdena; vid guldets smältpunkt (1 064 °C) ligger smältans densitet på ca 17,4 g/cm³. För vardaglig äkthetskontroll är avvikelsen försumbar så länge man mäter vid rumstemperatur.

Densitet i industri och numismatik

Vid mynttillverkning är densitetstoleranser snävt definierade. Krugerranden (916-guld, 22 karat) har en fastställd massa på 33,93 g vid en diameter på 32,77 mm – värden som bygger på bördensiteten hos 91,67-%-guldlegeringen. Avvikelser från börvikten på mer än 0,1 % räknas som ett provindikium.

I industrin spelar densiteten roll vid planering av lagerkapacitet: ett kilogram guld tar med ca 51,8 cm³ betydligt mindre plats än ett kilogram silver (ca 95,3 cm³).

Kort sammanfattat

Densiteten är den mest tillförlitliga och äldsta fysikaliska metoden för att bedöma ädelmetallers äkthet. Guld är med 19,32 g/cm³ svårt att imitera även bland kandidater till förfalskningsmaterial – bara volfram kommer farligt nära. Den som vill prova mynt eller tackor kombinerar helst densitetsprovningen med magnettestet och en okulär kontroll av stämplarna.