Главная > Производство

Удельный вес минералов

Фото 1 Удельный вес минераловУдельный вес — отношение веса минерала к весу идентичного объема чистой воды (при стандартном атмосферном давлении и температуре 4 °С).

 

Методы определения удельного веса используют как один из способов идентификации драгоценных и поделочных камней.

Удельный вес зависит от атомной массы элементов, составляющих минерал, и от плотности структуры, созданной этими атомами. Так, например, алмаз, состоящий из боле легких, но более компактно расположенных атомов углерода, имеет удельный вес выше, чем кварц, состоящий из более тяжелых, но менее плотно упакованных атомов кремния и кислорода.

Известно, что камни, как и другие материалы, например, металлы, при одинаковом объеме имеют различный вес.

Определение удельного веса методом вытеснения

Опыт Архимеда привел к разработке аппарата «Эврика», в котором объем воды, вытесненный образцом, перемещается из металлического контейнера в измерительный сосуд-мензурку.

Порядок проведения исследований при этом следующий. Сначала образец взвешивают. Затем подготавливают сосуд «Эврика», для чего заполняют его водой до тех пор, пока она не начнет вытекать через трубку. Когда уровень воды установится и вытекание прекратится, под трубку помещают пустую мензурку, отградуированную в кубических сантиметрах (1 см3 воды имеет массу 1 г при t= 1 °С).

После этого образец плавно опускают в жидкость так, чтобы она полностью его покрыла. При этом нить, на которой опускается исследуемый образец, значения не имеет. Объем воды в мензурке (в см3) соответствует ее весу (в граммах). Удельный вес камня в данном случае рассчитывается как отношение его веса к весу вытесненной жидкости:

Удельный вес = Ркамняжидкости

Гидростатические методы определения удельного веса

Метод гидростатического взвешивания основан на том. что предмет, помещенный в жидкость, подвергается действию выталкивающей силы, равной весу вытесненной жидкости. Производится взвешивание камня в воздухе и затем в жидкости. Данный метод пригоден для определения удельного веса минералов массой более 3 каратов и имеет несколько разновидностей.

Использование весов с двумя чашками

Для проведения исследования образца необходимы сами весы, мензурка, металлическая или деревянная подставка для размещения мензурки над чашкой весов, держатель камня и противовес, чтобы его уравновесить.

Исследование проводится следующим образом. Мензурку наполняют водой (очищенной или дистиллированной) и помещают на подставку над чашкой весов. Проволочный держатель, подвесив на крюке, погружают в воду. Противовес подвешивают на крюке противоположной чашки весов и взвешивают пустой держатель камня при полном погружении его в воду.

Сначала исследуемый образец взвешивается в воздухе (значение А), затем его смачивают водой во избежание образования пузырьков воздуха на его поверхности при погружении в воду и после этого образец взвешивается в воде на проволочном держателе (значение В). Удельный вес камня в данном случае рассчитывается как отношение его веса в воздухе к «потере веса» в жидкости:

Удельный вес =А/(А-В)

Использование весов с одной чашей

Для проведения исследования образца необходимы весы электронные, мензурка, сам образец, независимая опора.

Суть метода состоит в том, что камень, подвешенный на независимой опоре, погружается в сосуд с водой, установленный на весах, а его удельный вес рассчитывается как отношение двух определенных величин.

Эксперимент проводится следующим образом. Измеряют вес камня в воздухе ( W1). Проволочный держатель камня подвешивают на независимой опоре и устанавливают так, чтобы он был полностью погружен в чашку, заполненную водой на 2/3 и установленную на весы.

Отмечают уровень поверхности воды на проволочном держателе. Определяют вес мензурки и воды вместе с держателем (W2).

Помещают камень на держатель, а высоту подставки устанавливают так, чтобы отметка на держателе вновь совпала с уровнем воды (камень должен быть полностью погружен в воду).

Определяют вес чашки с погруженным в воду камнем (W3). Вес эквивалентного объема воды вычисляют как разницу весов: А = W3 - W2. Удельный вес камня определяют по формуле

Удельный вес = W1/A

Использование пружинных весов

Этот метод более удобен для исследования крупных образцов камнерезных изделий, так как разница между их весом в воздухе и в жидкости велика.

Пружинные весы менее чувствительны, чем весы с чашами, но в данном случае метод дает достаточно точные результаты. Например, при взвешивании двух минералов, объединенных под общим названием «жад», можно установить, что нефрит имеет значение 3,0, а жадеит значение 3,3.

Образец сначала взвешивают на верхней чаше весов (значение А), затем на нижней, в воде (значение В). Расчет удельного веса ведут по формуле

Удельный вес =A/(А-В)

Использование весов Ханнема

Существуют весы, обеспечивающие прямое определение удельного веса образцов.

В двух чашках слева происходит взвешивание камня. Нижняя чаша всегда погружена в воду. Сначала камень помешают на верхнюю чашу и взвешивают в воздухе, при этом противовес, выставленный на отметку «0», перемещают с помощью крючка для уравновешивания. Затем камень помещают на нижнюю чашу, погруженную в воду. Весы вновь уравновешивают перемещением противовеса по кронштейну к центральной точке опоры. Удельный вес драгоценного камня считывают с откалиброванной шкалы на кронштейне весов.

Оценка удельного веса с помощью тяжелых жидкостей

Преимущество данного метода, хотя и менее точного, чем гидростатическое взвешивание, в его быстроте и отсутствии ограничений на размер образца. В нем используются 4 основных жидкости с удельным весом в интервале 2,65—3,32 г/см3.

Для геммологических целей рекомендуют следующий набор тяжелых жидкостей:

•    бромоформ (СНВr3), разбавленный до удельного веса 2,65;

•    неразбавленный бромоформ (2,86);

•    йодистый метилен (СН2I2), разбавленный бромоформом до удельного веса 3,05;

•    неразбавленный йодистый метилен (3,32).

определения удельного веса различных камней. Смесь бромоформа и йодистого метилена с удельным весом 2,71 используется для идентификации минералов группы берилла. Смесь этих же жидкостей с удельным весом 3,18 применяется для определения таких камней, как андалузит, апатит, флюорит, сподумен.

Сосуды для тяжелых жидкостей должны иметь широкое горлышко (чтобы камень можно было легко опустить в жидкость и извлечь из нее) и делаться из прозрачного стекла, чтобы камень просматривался во время испытания. Сосуды должны иметь притертые стеклянные крышки, а не пластмассовые, которые могут прийти в негодность при соприкосновении с жидкостью.

Смешивая тяжелые жидкости, чтобы получить нужный удельный вес, наливают в сосуд половину требуемого количества более тяжелой жидкости из двух выбранных. Выбирают прозрачный без трещин образец, удельный вес которого будет определяться, помещают его в сосуд как индикатор (желательно, чтобы образец был бесцветный, например горный хрусталь или бесцветный кварц); добавляют жидкостью меньшим удельным весом, перемешивая смесь после каждого добавления второй жидкости до тех пор, пока камень-индикатор не станет свободно плавать внутри жидкости.

Для идентификации натурального янтаря и его имитаций используют раствор, предложенный Робертом Вебстером, который состоит из 50 г нейодированной поваренной соли и 280 мл дистиллированной воды. Полученная жидкость имеет достаточно высокий удельный вес, чтобы натуральный янтарь (удельный вес — 1,08—1,1) плавал в ней, а имитации из пластмасс и бакелита тонули (удельный вес — 1,13). Имитации из копала и полистирола (удельный вес менее 1,13) не могут быть диагностированы с помощью этого раствора.

Определяя удельный вес с помощью тяжелых жидкостей, следует соблюдать следующие правила:

•    брать камень пинцетом и полностью погружать в жидкость, затем отпускать;

•    если камень тонет в жидкости, посмотреть, с какой скоростью это происходит; если он медленно опускается или поднимается, его удельный вес близок к удельному весу жидкости; этот тест чувствителен даже к малым различиям в удельном весе, из-за него камень редко будет плавать посередине — в лучшем случае он будет медленно погружаться или подниматься;

•    если после погружения камень немедленно всплывает, его удельный вес значительно меньше, чем у жидкости; значит, его нужно тестировать в жидкости с более низким удельным весом;

•    всегда промывать камень и пинцет, прежде чем перенести камень из одной жидкости в другую; это предохранит жидкость от загрязнения;

•    так как извлечь плавающий камень легче, чем потонувший, то сначала берут жидкость с удельным весом 3,32; если камень в ней плавает, переходят к другой, более легкой, пока камень не будет тонуть; в большинстве случаев удельный вес камня лежит между значениями удельного веса жидкостей, поэтому запись его удельного веса может выглядеть так:

2,65 < удельный вес камня < 2,86;

•    поскольку тяжелые жидкости имеют высокий показатель преломления, камень, показатель преломления которого близок к показателю преломления жидкости, может в ней «исчезнуть»; камни более светлых тонов хуже видны в жидкости, извлечь их из нее труднее; в данном случае пузырек поднимается ближе к свету на уровень глаз;

•  через некоторое время тяжелые жидкости нужно заменять, так как происходит их частичное испарение; чтобы заметить изменения нужно оставить в пузырьке маленький кусочек минерала-индикатора, лучше неограненного; его всплытие — сигнал к замене жидкости;

 •  йодистый метилен и бромоформ темнеют на свету, когда они не используются, их хранят в темном месте; для осветления жидкостей можно использовать медную фольгу; с этой целью во флакон помещают маленький кусочек фольги;

•  все опыты по смешиванию тяжелых жидкостей и определению удельных весов минералов необходимо производить при постоянной температуре, например при 20 °С; при пониженной температуре жидкость «тяжелеет», и индикатор будет плавать на поверхности, при повышенной температуре он может утонуть; это еще раз доказывает чувствительность данного метода определения удельного веса.

Имитация драгоценных камней >>>

Рейтинг:
  • Итоги рейтинга 2.67/5
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
2.7/5 (3 голоса)

Данную страницу никто не комментировал. Вы можете стать первым.

Ваше имя:
Ваша почта:

RSS
Комментарий:
Введите символы: *
captcha
Обновить