Плотность камня под водой

Плотность камня

Плотностью камня называется отношение массы камня к массе воды такого же объёма. Плотность камня бывает со значением от 1 до 20. Камни имеющие значение меньше 2 являются лёгкими. Камни имеющие значение от 2 до 4 являются нормальной тяжести, а имеющие значение более 4 являются тяжёлыми. Камни обладающие высокой плотностью такие как алмазы, рубины, сапфиры намного тяжелее породообразующих камней таких как квар и полевой шпат и за счёт этого в быстрых реках камни с высокой плотностью отлагаются раньше и образуют россыпные месторождения. Плотность минералов используется для идентификации камней. Средняя плотность камня определяется двумя методами это методом гидростатического взвешивания камня и методом погружения камня в тяжёлые жидкости.

Метод гидростатического взвешивания

Этот метод занимает много времени и сравнительно дешевле.

Метод гидростатического взвешивания

Сначала к гидростатическим весам подвешивают камень на тоненькой проволочке и замеряют его вес на воздухе. Затем погружают камень в воду и снова замеряют его вес. После взвешивания определяют водяной объём камня вычитанием из веса камня в воздухе вес камня в воде. После определения водяного объёма камня вычисляется плотность камня по следующей формуле P=M:V

• P — это плотность камня.
• M — это масса камня.
• V — это водяной объём камня который определяется вычитанием. V= взвешенная масса на воздухе -взвешенная масса в воде.

Метод погружения в тяжёлые жидкости

Этот метод очень сложен и намного дороже первого но зато не занимает много времени. Данный метод используют для идентификации настоящих камней от искусственных камней и от подделок. Этот метод основан на свойстве тяжёлой воды в которой твердые предметы не опускаются на дно и не всплывают, а находятся как бы в подвешенном состоянии при условии что их плотность одинаковая.
Камень сначала помещают в очень тяжёлую воду при этом камень будет водой выдавливаться на поверхность. Затем тяжёлую воду начинают разбавлять дистиллированной водой при этом плотность воды будет постепенно уменьшаться и когда плотность воды сравняется с плотностью камня то камень перейдёт в подвешенное состояние. После этого нужно измерить плотность воды и можно будет идентифицировать камень по таблице. Плотность разбавленной тяжёлой воды определяется в лабораторных условиях с помощью специальных весов Вестфаля.
Таблица плотности камня.

Камень	Плотность	Камень	Плотность	Камень	Плотность
Танталит	5,18—8,20	Алмаз	3,47—3,55	Аквамарин	2,67—2,71
Касситерит	6,8—7,1	Титанит	3,52—3,54	Тигровый глаз	2,64—2,71
Вульфенит	6,7—7,0	Г емиморфит	3,52—3,54	Аугелит	2,7
Г аллиант	7,05	Г иперстен	3,4—3,5	Мраморный оникс	2,7
Церуссит	6,46—6,57	Сингалит	3,47—3,49	Лабрадорит	2,69—2,7
Куприт	5,85—6,15	Везувиан	3,32—3,42	Кораллы	2,6—2,7
Фосгенит	6,13	Дюмортьерит	3,26—3,41	Вивианит	2,6—2,7
Крокоит	5,9—6,1	Эпидот	3,4	Кордиерит	2,58—2,66
Шеелит	5,1—6,1	Родицит	3,4	Авантюрин	2,65
Джевалит	5,60—5,71	Пурпурит	3,2—3,4	Г орный хрусталь	2,65
Цинкит	5,66	Перидот (хризолит)	3.27—3.37	Цитрин	2,65
Прустит	5,57—5,64	Жадеит	3,30—3,36	Празиолит	2,65
Пирит	5,0—5,2	Танзанит	3,35	Дымчатый кварц (раухтопаз)	2,65
Г ематит	4,95—5,16	Диоптаз	3,28—3,35	Розовый кварц	2,65
Фабулит	5,13	Корнерупин	3,28—3,35	Аметист	2.63—2,65
Хромит	4,1—4,9	Диопсид	3,27—3,31	Авантюриновый полевой шпат	2,62—2,65
Ильменит	4,72	Аксинит	3,27—3,29	Агат	2,60—2,65
Циркон	3,90—4,71	Эканит	3,28	Моховой агат	2,58—2,62
ИАГ-гранат	4,6	Энстатит	3,26—3,28	Элеолит	2,55—2,65
Барит	4,5	Турмалин	3,02—3,26	Халцедон	2,58—2,64
Смитсонит	4,3—4,5	Силлиманит	3,25	Хризопраз	2,58—2,64
Псиломелан	4,35	Смарагдит	3,25	Перистерит	2,61—2,63
Витерит	4,27—4,35	Апатит	3,17—3,23	Лунный камень	2,56—2,62
Рутил	4,20—4,30	Г идденит	3,16—3,20	Ортоклаз	2,56—2,60
Халькопирит	4,1—4,3	Кунцит	3,16—3,20	Псевдофит	2,5—2,6
Спессартин	4,12—4,20	Лазулит	3,1—3,2	Варисцит	2,4—2,6
Альмандин	3,95—4,20	Флюорит	3,18	Обсидиан	2,3—2,6
Страз	3,15—4,20	Андалузит	3,12—3,18	Г овлит	2,53—2,59
Виллемит	3,89—4.18	Магнезит	3.00—3.12	Санидин	2,57—2,58
Пейнит	4,1	Эвклаз	3,10	Амазонит	2,56—2,58
Сфалерит	4,08—4,10	Тремолит	2,9—3,1	Тугтупит	2,36—2,57
Рубин	3,97—4,05	Актинолит	3,03—3,07	Лейцит	2,45—2,50
Сапфир	3,99—4,00	Амблигонит	3,01—3,03	Канкринит	2.4—2,5
Целестин	3,97—4,05	Нефрит	2,90—3,02	Апофиллит	2,30—2,50
Ганит	3,99—4,00	Данбурит	3,0	Колеманит	2,42
Анатаз	3,58—3,98	Датолит	2,90—3,00	Гаюин	2,4
Малахит	3,82—3,95	Бразилианит	2,98—2,99	Петалит	2,40
Азурит	3,75—3,95	Ангидрит	2,90—2,99	Томсонит	2.3—2,4
Периклаз	3,7—3,9	Фенакит	2,95—2,97	Хризоколла	2,00—2,40
Плеонаст	3,7—3,9	Доломит	2,85—2,95	Молдавит	2,32—2,38
Сидерит	3,85	Арагонит	2,94	Г амбергит	2,35
Демантоид	3,82—3,85	Пренит	2,87—2,93	Алебастр (гипс)	2,30—2,33
Ставролит	3,7—3,8	Яшма	2,58—2,91	Содалит	2,13—2,29
Пироп	3,65—3,80	Лазурит	2,4—2,9	Натролит	2,20—2,25
Уваровит	3,77	Бериллонит	2,80—2,85	Стихтит	около 2,2
Александрит	3,70—3,73	Вард ит	2,81	Опал	1,98—2,20
Хризоберилл	3,70—3,72	Стеатит (жировик)	2,7—2,8	Сера	2,05—2,08
Родонит	3,40—3,70	Бирюза	2.60—2,80	Морская пенка (сепиолит)	2,0
Родохрозит	3,30—3,70	Серпентин	2,4—2,8	Улексит	1,9—2,0
Кианит	3,65—3,69	Г арниерит	2,3—2,8	Слоновая кость	1,7—2,0
Бенитоит	3,65—3,68	Изумруд	2,67—2,78	Г ейлюссит	1,99
Г россуляр	3,60—3,68	Жемчуг	2,60—2,78	Курнаковит	1,86
Баритокальцит	3,66	Берилл	2,65—2,78	Гагат	1,30—1,35
Шпинель	3,58—3,61	Битовнит	2,71—2,74	Янтарь	1,05—1,30
Таафеит	3,6	Скаполит	2,57—2,74
Топаз	3,53—3,56	Кальцит	2,71

Для этого способа подходит только тяжёлая вода которую можно разбавлять дистиллированной водой. Очень часто используют в качестве тяжёлой воды растворы Туле, Клеричи и Сушина.

• Раствор Туле имеет плотность 3,2 и может идентифицировать очень большое количество камней. Этот раствор состоит из двойного иодида калия и ртути.
• Раствор Клеричи токсичен и имеет плотность 4,2, поэтому его применяют для идентификации более тяжёлых камней. В состав этого раствора входит формиат и малонат таллия, поэтому этот раствор получается очень дорогостоящим.
• Раствор Сушина имеет плотность 3,5. Этот раствор состоит из раствора иодида бария и ртути.

Все тяжёлые растворы после разбавления можно восстановить до исходной плотности путём обычного выпаривания на водяной бане. Если камень будет чистым и не разбавлен другими минералами то вы определите этим методом очень точную плотность этого камня.

Источник

Как определить плотность камня?

Все минералы (а камни относятся именно к минералам) обладают двумя важными характеристиками — массой и плотностью. Причём плотность камня важна в чисто практическом смысле — чтобы подсчитать запас минерального месторождения.

Что это за характеристика?

Для любого вещества под плотностью понимается масса, поделенная на единицу объема. Так как камни (то есть минералы) имеют неоднородный состав и включают в себя элементы различной атомарной массы, физическая характеристика их плотности может значительно различаться. Также плотность камней зависит не только от тяжести элементов, их составляющих, но и от того, насколько плотно «упакованы» в их внутренней структуре элементарные частицы.

Вопросами изучения плотности минералов занимается минералогия. Плотность камня рассчитывается путем деления массы минерала-образца в единице объема на массу воды того же объема при температуре 4 ⁰С. К примеру, вес образца 200 грамм. Воды в том же объеме 40 грамм. В этом случае плотность данного камня будет равна 5.

Измеряется плотность камней в килограммах на метр кубический или граммах на сантиметр кубический.

Как найти плотность камня?

Каким же образом определяется плотность камня? Процедура достаточно проста — взвешиваем образец вначале в воздушной среде, затем в водной. Согласно закону Архимеда, полученная разница соответствует массе воды, которую вытесняет образец. Плотность вычисляем делением массы образца в воздухе на данную разницу.

В зависимости от плотности минералы могут быть легкими, средними, тяжелыми и очень тяжелыми. Например, плотность гранитного камня — 2 600 кг/м³. Для справки: плотность легких не превышает 2,5 г/см³, средних — колеблется в пределах от 2,5 до 4 г/см³, тяжелых — от 4 до 8 г/см³. Минералы плотностью выше 8 г/см³ относятся к очень тяжелым камням.

Плотность драгоценных камней

Помимо плотности и другой характеристики — твердости, минералы-самоцветы или драгоценные камни имеют и такую важную составляющую, как массу, измеряемую в граммах или каратах (у жемчуга — в гранах).

Чтобы уяснить соотношение данных единиц, запомните: 1 карат соответствует 200 миллиграммам, в одном гране 50 миллиграмм, то есть 1 карат равен четырем гранам. Точность измерения самоцветов — до двух десятичных знаков.

Пройдемте в лабораторию

Как измерить плотность драг. камней в лабораторных условиях? Лучше всего подходит для этого гидростатический метод. Его принцип был предложен греческим ученым Архимедом много столетий назад. Суть принципа, известного из школьного курса физики, такова: погруженное в жидкость тело выталкивается из неё силой, которая равна весу вытесненной данным телом жидкости.

Говоря проще, если подвесить камень и опустить в воду, то вес его уменьшится по сравнению с первоначальным на столько, сколько весит объем воды, вытесненной им. Понятно, что этот объем будет равен собственному объему камня.

Таким образом путем последовательного взвешивания камней в воздухе, а затем в воде мы сможем получить все нужные нам для расчёта данные.

Все — на природу!

Обратимся теперь к природным каменным материалам. Их, как известно, существует несколько видов. С практической точки зрения любую породу принято относить к одной из двух групп — прочным либо малопрочным.

Материалы первой группы имеют высокий показатель твердости и, чаще всего, строение средне- либо крупнозернистое. В так называемом невыветренном состоянии они обладают небольшим водопоглощением. У других (малопрочных) пород, как ясно из названия, прочность значительно ниже. Они же обладают гораздо более высокой степенью водопоглощения.

Иногда при распознавании видов породы камня требуется определить его твердость. В полевых условиях удобнее всего делать это с помощью т. н. относительной шкалы Мооса и дополнительных подручных средств. В качестве таких подручных средств могут выступать грифель, монета, кусок стекла, напильник, стальная игла или нож, обыкновенный либо алмазный стеклорез. Средняя плотность камня также важна при определении его породы. Определив данную величину, можно идентифицировать породу, обратившись к специальным таблицам.

Рассчитываем плотность природных камней

Как же вычислить среднюю плотность камня-образца? Оборудование, необходимое для этого, — весы с набором разновесов и навыки измерения объема образца, имеющего неправильную форму.

Легче всего это сделать, располагая мерным градуированным цилиндром объемом около полулитра. В такой цилиндр наливают 200-300 мл воды и помещают кусочек исследуемого каменного материала.

Суммарный объем помещенных в воду образцов узнают по количеству воды, вытесненной ими. Затем делением их массы на вычисленный объем получают среднюю плотность материала.

Что важно учесть?

Следует заметить, что данный метод годится лишь для плотных каменных пород с незначительным водопоглощением (не более 2 %). Если эта характеристика выше (до 5 %), сухой образец, предварительно взвесив, вначале необходимо поместить в водную среду для насыщения. Затем определяется средняя плотность вышеуказанным методом. Насыщение считается полным, если при водопоглощении вес прекращает прирастать.

Пористые камни (чаще всего это известняки или туфы) обладают малой прочностью. Их легко обработать — обычной ножовкой по металлу выпилить образец нужной формы (например, кубик) и путем измерения граней подсчитать его объем.

Сделай сам

При отсутствии в полевых условиях мерного цилиндра достаточного объема определить количество вытесненной воды можно следующим образом. В любом металлическом сосуде цилиндрической формы чуть ниже верха пробивается отверстие в стенке обычным гвоздем, затем туда вставляется трубочка, которую также можно изготовить самостоятельно, свернув любую пленку. Закрепляют ее в стенке цилиндра пластилином или любым подобным материалом.

Таким образом, получают походный объемомер. Если данный агрегат используется постоянно, трубочку имеет смысл припаять стальную или латунную.

Камни, сделанные руками человека

Всё написанное выше относилось к природным камням. А теперь пора поговорить и об искусственных. Они могут быть стеновыми, дорожными и бортовыми. Сюда же следует отнести бетонную кровельную черепицу и тротуарную плитку, а также всевозможные отмостки, лестничные ступени и элементы дымоходов.

При производстве практически всех перечисленных камней и в России, и за рубежом используется строгие технические стандарты. Они регламентируют все основные характеристики — качество исходных материалов, размеры и форму сечения, физико-механические показатели (в том числе плотность бетонных камней).

Зависят эти требования от предполагаемых условий эксплуатации и имеющегося в наличии материала.

Какими могут быть искусственные камни?

Бетон, из которого изготовляют камни, может являться тяжелым либо легким. Выполняемые из него искусственные камни, изготовляются полнотелыми либо пустотелыми. Нормативная характеристика средней объемной плотности для пустотелых камней не должна превышать 1 650 кг/м³, для полнотелых — 2 200 кг/м³.

Стеновые камни по уровню средней плотности (и, кроме того, теплопроводности) считаются эффективными (плотностью до 1 400 кг/м³), условно-эффективными (1 400-1 650 кг/м³) и тяжелыми (выше 1 650 кг/м³). Большинство из них сейчас производят из легкого бетона небольшой плотности (до 1 800 кг/м³).

Тяжелый бетон (в том числе песчаный) с высокой истираемостью и низким водопоглощением применяется при производстве бортовых или дорожных камней, а также тротуарной плитки, так как условия их эксплуатации более суровые, чем у стеновых.

Различаются искусственные камни и по заполнителю, которым может выступать кварцевый песок (считается мелким заполнителем) или прочные породы (крупный заполнитель). Например, плотность щебня из природного камня может быть различной в зависимости от фракции — степени измельчения. Состав заполнителя также немалым образом влияет на плотность искусственного камня.

Источник