Experimente:
Versuch: Bestimmung eines Minerals anhand der Dichte

Manche Mineralien wirst du als sehr leicht empfinden, wie z. B. Bernstein mit einer Dichte von 1 g/cm³, andere als normalgewichtig (Calcit: 2,7 g/cm³) und Mineralien wie Bleiglanz (7,5 g/cm³) als schwer.

Die Dichte gibt an, um wie viel ein Stoff massereicher (schwerer) ist als die volumengleiche Menge an Wasser. Die Dichte r wird dadurch berechnet, dass man die Masse eines Körpers durch sein Volumen teilt:

(Eine Anmerkung: Man unterscheidet zwischen Dichte (g/cm³) und spezifischem Gewicht (pond/cm³). Letzteres ändert sich in Abhängigkeit von der jeweiligen Ortslage, während die Dichte überall den gleichen Wert hat. Da der Unterschied aber äußerst gering ist, verwenden wir in diesem Aufsatz beide Begriffe synonym.)

Die Masse wird mit einer Waage ermittelt. Das Problem ist die Volumenbestimmung. Das Volumen kann man auf verschiedene Weisen ermitteln.
Am einfachsten gibt man das Stück in eine Flüssigkeit, deren Volumen man notiert hat, und ermittelt durch Differenzbildung das Volumen des Minerals (-> Versuch).

Der Fachmann arbeitet mit einer hydrostatischen Waage.

Bestimmung des Volumens mit einer hydrostatischen Waage

Diese Methode beruht auf dem Archimedischen Prinzip: Taucht ein Körper in eine Flüssigkeit mit dem spezifischen Gewicht rF, so wirkt auf seine Grundfläche ein senkrecht nach oben gerichteter Druck, der sich als Auftrieb bemerkbar macht. Die nach oben gerichtete Kraft entspricht der Masse der verdrängten Flüssigkeit. Durch den Auftrieb erleidet der Körper also einen scheinbaren Gewichtsverlust A, den man durch Wägung mit der hydrostatischen Waage ermitteln kann. Dazu wird das Mineral zunächst an der Luft (-> K_L ) und dann in der Flüssigkeit (-> K_F ) gewogen.

(V ist das Volumen der verdrängten Flüssigkeit.)

Der Wiegeunterschied A ist im Falle des Wassers wegen r_F = 1 g/cm³ zahlenmäßig das Volumen V des Minerals.
Nimmt man bei der Untersuchung von wasserlöslichen Kristallen andere Flüssigkeiten wie z. B. Ethanol oder Benzin, muss die Dichte dieser Flüssigkeit in die Rechnung einbezogen werden. Bei einer weniger dichten Flüssigkeit erhält man für den Stein nach dieser Rechnung ein zu großes Volumen, bei einer schwereren (wie z. B. Tetrachlorkohlenstoff oder Quecksilber) ein zu kleines Volumen.
Man kann die Dichte r_K des Minerals natürlich auch direkt berechnen. Es gilt:

Daraus folgt:

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