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Bestimmung der Dichte (Schmucklexikon)

Die Dichte beschreibt beispielsweise was ein Liter eines bestimmten Stoffes wiegt. Dichte ist also Masse geteilt durch das Volumen. Als Einheit wird meist Gramm pro Milliliter verwendet, also g/cm³. (Eine ausführlichere Definition finden Sie hier: Dichte.)

Bestimmung der Dichte

Zur Ermittlung der Dichte muss man das Gewicht und das Volumen eines Stoffes kennen. Das Gewicht kann mittels einer Waage bestimmt werden. Das Volumen kann bei einfachen Körpern (z.B Drähten, Würfeln, Kugeln etc) aus ihren Ausmaßen berechnet werden. Bei komplexeren Körpern lässt es sich relativ leicht mittel ihrer Volumenverdrängung in Flüssigkeiten bestimmen. Im Prinzip funktioniert das folgendermaßen:

Man nimmt ein Gefäß, das bis zum Überlaufen mit einer Flüssigkeit gefüllt ist. Dann taucht man den Gegenstand, dessen Dichte man messen will, an einem dünnen Faden in die Flüssigkeit ein. Ein Teil der Flüssigkeit wird hierdurch verdrängt und läuft über. Nun zieht man das Schmuckstück wieder heraus und lässt es über dem Gefäß sehr gut abtropfen. Wenn man jetzt misst wieviel Flüssigkeit man in das Gefäß einfüllen muss, bis es wieder überläuft, erhält man als Ergebnis das Volumen des Gegenstands (bzw. das Volumen der durch ihn verdrängten Flüssigkeit). Das Gewicht des Gegenstandes dividiert man nun durch das ermittelte Volumen.

Alternativ kann man auch den zu messenden Gegenstand in die Messflüssigkeit geben und das Gewicht oder das Volumen der überlaufenden Flüssigkeit messen. In der Praxis ist diese Vorrichtung als sog. hydrostatische Waage realisiert.

Beispiel:
Ein Goldring wiegt 36 Gramm und verdrängt 2,4 ml Flüssigkeit: Dichte = 15 g/cm³. (Es handelt sich bei diesem Beispiel um einen recht schweren, massiven Ring aus Gold 750).


Schließlich gibt es noch die Möglichkeit, das Gewicht des Messgefäßes inklusive Messflüssigkeit vor und nach Eintauchen des zu messenden Gegenstandes zu messen und aus der Gewichtsdifferenz die Dichte zu errechnen. Wenn man dies mit dafür speziell konstruierten Messgefäßen (Pyknometer) macht, erhält man den Dichtewert recht genau.

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Dichtebestimmung bei Schmuck

Das oben beschriebene Grundprinzip der Dichtebestimmung kann bei Schmuck durch einige Fehlerquellen zu stark verfälschten Ergebnissen führen. Einige dieser Fehlerquellen sind:

• Am Schmuckstück können beim Eintauchen in die Messflüssigkeit kleine Luftblasen haften bleiben.
• Schmuck kann hohl montiert sein, d.h. im Inneren des Schmuckstücks sind Hohlräume eingeschlossen.
• Beim Entfernen des Schmucks aus der Messflüssigkeit bleiben Tropfen am Schmuckstück hängen.
• Das Schmuckstück ist nicht homogen, es enthält beispielsweise Schmucksteine.
• Die Oberflächenspannung der Messflüssigkeit bewirkt Messfehler beim Volumenausgleich.

Durch trickreiche Abwandlungen des Messverfahrens (z.B. richtige Wahl der Messflüssigkeit) lassen sich viele dieser Fehlerquellen minimieren. Jedoch kann z.B. bei hohl montiertem Schmuck dieses Verfahren ohne Korrekturberechnungen auch vollständig versagen.

Tipps für die Praxis

Wer als Laie ohne besondere Laborgeräte die Dichte eines Schmuckstücks ermitteln will, sollte einige Tipps beachten, um die Messungenauigkeiten in erträglichen Grenzen zu halten. Eine zuverlässige Waage mit geeignetem Messbereich ist dabei unerlässlich.

Als Messflüssigkeiten eignen sich besonders dünnflüssige Flüssigkeiten wie zum Beispiel Spiritus. Falls Wasser genommen wird, muss dieses zuvor durch einen Tropfen Spülmittel entspannt werden.

Zum genauen Messen der verdrängten Flüssigkeit kann man sich in Apotheken für wenige Cent Spritzen in geeigneten Größen besorgen. Sowohl das Messbehältnis als auch die Spritze sollten stets so klein wie möglich sein.

Für Fingerringe ist daher eine Waage nötig, die mindestens auf Zehntel Gramm genau misst. Zur Bestimmung des verdrängten Volumens eignen sich Spritzen mit 1-2 ml Größe und einer Skala mit einer Auflösung von mindestens Zehntel Millilitern.




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