Tip van de maand

nuttige wenken en praktische tips voor de mineralenverzamelaar
voor vragen of suggesties, email tips@minerant.org

tip 5: een eenvoudige densimeter: bepalen van de dichtheid van een mineraal

een tip van Paul Mestrom

Om een mineraal te kunnen determineren is het vaak heel erg nuttig het soortelijk gewicht, correcter de soortelijke massa of dichtheid, te bepalen.
De dichtheid een stof is gelijk aan de massa gedeeld door het volume, in formule:

ρ = m/V

Hierin is ρ (de Griekse letter rho, onze r) de dichtheid, m de massa en V het volume.
De eenheid van ρ is dus g/cm³. Voor het gemak (en dus een beetje slordig) laat ik die verder onvermeld.



ls je de dichtheid nauwkeurig wil bepalen moet je ook nauwkeurig meten.
Voor mineralen is dat vaak niet nodig.
Daarom hier een heel erg simpele maar wel goed bruikbare manier.

Om de dichtheid te bepalen moet je dus eerst de massa meten.
Dat kan heel eenvoudig met een (digitale) keukenweegschaal:

• Zet de weegschaal aan en tarreer (zet op nul)
• Leg de steen op de weegschaal en lees het gewicht (de massa) af -> massa m1

Dan moet het volume bepaald worden.
Dankzij Archimedes  (Eureka!) , hebben we daar een eenvoudige  manier voor. De wet van Archimedes zegt dat de opwaartse kracht die een in vloeistof (bv water) gedompeld voorwerp ondervindt gelijk is aan de massa van de verplaatste vloeistof.
Aangezien de dichtheid van water (ongeveer) 1 is, is die massa (in grammen) ook meteen het volume in cm³.
Dat klinkt misschien ingewikkeld, maar het vervolg is gemakkelijk.

Het volume van een voorwerp (steen) wordt bepaald door het gewicht te meten terwijl het voorwerp in water hangt. Hoe dat moet is het best uit te leggen aan de hand van de foto hierboven. Ik wilde de dichtheid van de kogel op de foto (vermoedelijk calciet) bepalen.

• Vul het plastic potje op de weegschaal voor een groot deel met water (de bol moet er straks nog bij!) en tarreer.
• Pak de blauwe haak vast, hang het daaronder hangende bakje in het water (helemaal onderdompelen!) en lees het gewicht af (massa m₂)
• Herhaal dit met de steen in het bakje (in dit geval de bol, ook helemaal onderdompelen, massa m₃)
• De opwaartse kracht die de steen ondervindt is m₃ - m₂
• De dichtheid kan nu eenvoudig berekend worden: ρ = m₁/(m₃-m₂)

In mijn geval was m₁: 744 gram, m₂: 6 gram en m₃: 282 gram.
Daaruit volgt voor de dichtheid van de bol 2,71, wat precies de waarde van calciet is.



Nog een aantal opmerkingen:

1. Soms kun je een steentje gemakkelijk aan een dun touwtje knopen (zie foto, zwart met lus) en daaraan onderdompelen. Omdat het volume van zo’n touwtje verwaarloosbaar is wordt de bepaling dan simpeler:
   m₂ = 0 en hoeft dus niet gemeten te worden.
   Lukt dat niet en is het steentje zo klein dat het door de (open) bodem van mijn bakje valt, dan leg ik een roostertje (in het midden van de foto hiernaast) in het bakje.
   
2. Bij kleine (en dus veel lichtere) steentjes wordt de hier beschreven methode erg onnauwkeurig. In zo’n geval gebruik ik een veel nauwkeurigere (maar ook duurdere) weegschaal met ook natuurlijk een veel kleiner bakje (of het touwtje).
3. Dichtheid is afhankelijk van de temperatuur. Voor nauwkeurige metingen moet een temperatuur-correctie gebruikt worden.
4. Mengsels
   Op Minerant kreeg ik een bruine steen ter determinatie aangeboden. Op het eerste gezicht dacht ik: een knol van pyriet/marcasiet die helemaal of ten dele is omgezet in limoniet (goethiet). Dergelijke knollen worden veel gevonden aan de Normandische kust. Ook anderen in de determinatie-stand dachten er zo over.
   Toch had ik twijfels. Gezien de vorm van de (verweerde?) kristallen was sideriet niet uit te sluiten. Ik besloot daarom de dichtheid te meten.
   De dichtheid van pyriet is  4,8 tot 5,0 , die van marcasiet 4,9 , die van goethiet  4,2 tot 4,3  en die van sideriet   3,9 tot 4,0.
   Als onze veronderstelling klopte zou de gemeten dichtheid tussen 4,2 en 4,9 moeten liggen. De meting leverde als uitkomst 3,8. Het was dus sideriet!

Ter aanvulling van de theorie tot slot nog dit:
Het gewicht van een voorwerp is afhankelijk van de zwaartekracht. In de ruimte ben je daarom gewichtloos en op de maan is je gewicht ongeveer een zesde van je gewicht op aarde. Toch ben je op de maan niet kleiner dan op aarde of heb je op de maan minder materie in je lichaam dan op aarde.
De massa van een voorwerp is een maat voor de hoeveelheid stof die alleen afhankelijk is van het voorwerp en niet van de plaats of de omstandigheden. Als je een hoeveelheid stof wil aangeven is het dus correcter massa te gebruiken.
Voor het dagelijks gebruik (en als het niet overdreven nauwkeurig hoeft) maakt het weinig of geen verschil.
Wil je meer weten? Kijk dan eens naar paragraaf 7.6 uit het boek "Mineralen Herkennen" van Paul Tambuyser. Dit uitstekende boek is ook in onze MKA-bibliotheek te leen en MKA-leden kunnen het gratis downloaden.