Kamienie szlachetne – Gęstość

Wśród fizycznych własności minerałów wyróżnia się własności skalarne i wektorowe. Pierwsze są niezależne od kierunku, w jakim badane są w krysztale, drugie natomiast zmieniają się w zależności od kierunku. Przykładami własności skalarnych są gęstość i ciepło właściwe, własności wektorowych — twardość, łupliwość, niektóre własności cieplne, elektryczne, optyczne itd.

Praktyczne znaczenie dla rozpoznawania minerałów mają gęstość, twardość, łupliwość i własności optyczne.

Gęstość (masa właściwa) minerału ρ jest to stosunek jego masy m do jego objętości V:

ρ = m/V

Otwartość gęstości zależy od temperatury. Gęstość prawie wszystkich minerałów maleje ze wzrostem temperatury. Przy dokładnych oznaczeniach należy zatem podać temperaturę, w jakiej dokonano pomiaru. Jako normalną temperaturę przy oznaczaniu gęstości przyjmuje się +20°C.

Gęstość jest ważną cechą charakterystyczną danego minerału. Jeżeli rozpatrywany minerał ma stały, niezmienny skład chemiczny, np. kwarc SiO2 lub kalcyt CaCO3, jego gęstość ma wartość stałą: kwarc — 2,65 g/cm3, kalcyt — 2,71 g/cm3. Odchylenie od normalnej wartości gęstości świadczy o obecności w minerale domieszek ciał obcych. Skład chemiczny znacznej liczby minerałów zmienia się jednak w pewnych granicach, co wykazują np. analizy chemiczne piroksenów, amfiboli, granatów. Wartość gęstości tych minerałów różni się w zależności od składu chemicznego: pirokseny mają gęstość 3,2—3,7, amfibole 3,0—3,5, granaty 3,5—4,5 g/cm3.

Minerały znacznie różnią się wartością gęstości. Pospolitsze minerały, będące głównymi składnikami skał, mają gęstości wynoszące 2—3,5 g/cm3.

Gęstość większości kamieni szlachetnych jest wyraźnie wyższa od gęstości pospolitych składników skał, przede wszystkim od skaleni i kwarcu, na co zwrócono już uwagę w opisie występowania kamieni szlachetnych w przyrodzie. Dzięki bowiem wyższej gęstości wypłukane ze skał pierwotnych i unoszone przez wodę potoków i rzek kamienie szlachetne mogą osadzać się wśród piasków i żwirów rzecznych w tych miejscach, gdzie następuje zmniejszenie prędkości wody. W ten sposób mogą powstać wtórne rzeczne a także nadmorskie skupienia kamieni szlachetnych.

Oznaczanie gęstości. Do oznaczania gęstości minerałów służą: 1) piknometr, 2) waga hydrostatyczna, 3) waga sprężynowa Jolly’-ego, 4) waga Kratschmara oraz 5) ciecze ciężkie.

Piknometr jest naczyniem szklanym o pojemności 5—100 cm3, zamykanym doszlifowanym, wydłużonym, szklanym korkiem, mającym wąski kanalik umożliwiający odpływ nadmiaru cieczy. W celu oznaczenia gęstości minerału rozciera się go na proszek, a następnie dokładnie odważa ilość proszku odpowiadającą w przybliżeniu 1/21/4 objętości piknometru. Po oznaczeniu ciężaru piknometru napełnionego wodą Qpw opróżnia się go, wsypuje odważoną ilość sproszkowanej substancji Qs, dopełnia piknometr przegotowaną wodą destylowaną i zamyka korkiem; nadmiar wody wypływającej kanalikiem usuwa się przez osuszenie bibułą, po czym powtórnie waży. Gęstość badanej substancji można obliczyć ze wzoru:

ρ = (Qpw+Qs+Qpws) / Qs

gdzie: Qs — masa próbki, Qpw — masa piknometru z wodą, Qpws — masa piknometru z wodą i substancją.

Oznaczanie gęstości za pomocą piknometru jest metodą dokładną, lecz może znaleźć zastosowanie tylko przy badaniu materiału sproszkowanego, drobnych okruchów lub niewielkich szlifowanych kamieni.

Waga hydrostatyczna różni się od zwyczajnej wagi laboratoryjnej tym, że jedna z szalek jest wyżej zawieszona. Pod szalką tą znajduje się haczyk do zawieszania próbki na cienkiej nitce tak, aby można było zważyć ją najpierw w powietrzu, a potem w wodzie podstawionej pod szalką w odpowiednim naczyniu.

Różnica masy minerału w powietrzu Q i jego masy po zanurzeniu w wodzie Qw wskazuje ilość wody równą objętości ważonej próbki minerału. Gęstość otrzymuje się zgodnie z prawem Archimedesa, ze wzoru:

ρ = Q / (Q Qw)

Można się również posłużyć zwykłą wagą laboratoryjną w następujący sposób: Pod jedną z szalek umieszcza się mały stoliczek tak, aby nie przeszkadzał w zmianie położenia szalki. Na stoliczku znajduje się cylinder z wodą, w której zanurza się badaną próbkę zawieszoną za pomocą nitki z haczykiem lub drucika zakończonego spiralą. Gęstość minerału oblicza się jak wyżej.

Waga Jolly’ego jest wagą sprężynową pozwalającą na mniej dokładne, lecz szybsze oznaczenie gęstości kamieni szlachetnych.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *