9.1: Gravedad específica
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El método de determinación utiliza un balance hidrostático.
Básico
La gravedad específica (también conocida como “densidad relativa”) es la relación entre el peso de una piedra en el aire y el peso de un volumen igual en agua. Por convención, la temperatura del agua es de 4° C y en atmósfera estándar debido a que la densidad del agua es mayor bajo estas condiciones. Las condiciones de temperatura ambiente son adecuadas para fines gemológicos, ya que la pequeña diferencia en la densidad del agua tendrá poco efecto en las lecturas (medidas al segundo decimal).
Dado que la gravedad específica es relativa al peso de un objeto en el aire y su peso en agua, es una relación y no se expresa en unidades (como kg/m³). Por ejemplo, el SG de Diamante = 3.52 (mientras que la densidad del Diamante = 3.52 g/cm³).
En gemología, la gravedad específica se determina, generalmente, a través de un aparato basado en el Principio de Arquímedes.
El Principio de Arquímedes (o Ley de Flotabilidad) establece que: la fuerza ascendente sobre un objeto sumergido es igual al peso del fluido desplazado.
Esto puede sonar complicado pero es una ley bastante simple, pero brillante.
Considera dos bolas de igual peso pero de diferente gravedad específica, por ejemplo, una bola de oro de 10 gramos y una de plata de 10 gramos. El balón de oro tiene un sg de 19.3, mientras que la plata tiene un sg de 10.5.
Debido a que el oro tiene un sg que es casi el doble que la plata, puedes imaginar que la bola de oro de 10 gramos será más pequeña que la bola de plata de 10 gramos. Es decir, la bola de oro tendrá un volumen menor que la bola de plata.
Cuando cuelgas ambas bolas en agua (sumergidas), entonces la bola plateada desplazará mucha más agua que la bola dorada debido a su mayor volumen.
El agua tiene un sg de 1, por lo que el peso de un centímetro cúbico de agua es de 1 gramo (en realidad 0.0098 Newton, pero gramos utilizados para simplificar). A través de algunas matemáticas simples, podemos calcular el volumen de las bolas. El volumen de la bola de oro es de 0.52 centímetros cúbicos y el volumen de la bola de plata es de 0.95 centímetros cúbicos (el volumen es masa dividida por densidad).
De esto, podemos concluir que la bola de plata desplazará 0.95 centímetros cúbicos de agua, que pesa 0.95 gramo. El balón dorado desplazará 0.52 gramos de agua (porque 1 centímetro cúbico de agua pesa 1 gramo).
Ahora volvamos al Principio de Arquímedes: la fuerza ascendente sobre un objeto sumergido es igual al peso del fluido desplazado (siendo el fluido agua en este caso). La bola plateada desplaza un mayor peso de agua, por lo que experimentará una fuerza ascendente mayor que la bola dorada y subirá más alto en el agua cuando se sumerja.
Un error común es dejar caer el objeto en el agua de manera que se hunda hasta el fondo. No puede funcionar en ese caso ya que entonces ya no está “inmerso”.
Densidad
La densidad es diferente de la gravedad específica en que es la masa de un objeto dividida por su volumen, expresada en kg/m³ por los estándares SI (Le Système International d'Unités - The International System of Units). En gemología se utiliza g/cm³. Otros sistemas de pesaje siguen siendo ampliamente utilizados (principalmente en Estados Unidos y Reino Unido), pero el sistema métrico del SI está encontrando su camino lentamente allí también.
Masa y peso
La masa es la cantidad de material en un objeto y es una propiedad física de ese objeto (como una piedra preciosa), expresada en kg (kilogramo) según los estándares del SI.
El peso es la fuerza gravitacional (9.8 m/s²) sobre ese objeto y se expresa en N (newton). El peso no es una propiedad física ya que puede cambiar en diferentes situaciones. Una piedra pesaría menos en la luna de la Tierra que en la Tierra, pero su masa seguiría siendo la misma.
Como se puede concluir, debemos usar “masa” en lugar de “peso” cuando somos científicamente correctos, pero en el uso diario la masa y el peso son intercambiables.
El quilate (ct) es una unidad aceptada de masa (o peso, por favor).
Medición de la gravedad específica
El método de medición de SG es con un balance hidrostático.
Primero, la piedra se pesa al aire y luego se pesa cuando se sumerge completamente en agua. Después de esto, los pesos se insertan en una fórmula simple.
- \[ SG = \frac{weight\ of\ stone\ in\ air}{weight\ of\ stone\ in\ air\ -\ weight\ of\ stone\ in\ water}\]
Una demostración se puede ver en este video.
Video de presentación
| Video\(\PageIndex{1}\): Video que muestra el método de determinación de la gravedad específica hidrostática |
Gravedad específica de algunos minerales de gemas comunes
Tabla\(\PageIndex{1}\): Gravedad Específica de Gemas Comunes
| Gema Mineral | Gravedad específica |
|---|---|
| Ágata | 2.60 - 2.65 |
| Alejandrita | 3.70 - 3.73 |
| Allanite | 3.5 - 4.2 |
| Almandina (Granate) | 4.97 |
| Amazonita (Feldespato) | 2.56 - 2.58 |
| Ámbar | 1.08 |
| Ambligonita | 3.03 |
| Amatista | 2.63 - 2.65 |
| Ametrine | 2.63 - 2.65 |
| Anatase | 3.88 |
| Andalucita | 3.12 - 3.18 |
| Andesina (Feldespato) | 2.68 |
| Andradita (Granate) | 3.859 |
| Apatita | 3.21 |
| Apofilita | 2.30 - 2.50 |
| Aguamarina (Berilo) | 2.67 - 2.71 |
| Aventurina | 2.62 - 2.65 |
| Axinita | 3.28 |
| Azurita | 3.8 |
| Barita | 4.5 |
| Bastnäsite | 4.98 |
| Benitoita | 3.67 |
| Berilo | 2.69 |
| Berillonita | 2.82 |
| Bixbite (Berilo) | 2.66 a 2.70 |
| Brazilianita | 2.99 |
| Bronzita | 3.3 |
| Calcita | 3.28 |
| Cornalina | 2.82 |
| Casiterita | 4.5 |
| Celestita | 3.67 |
| Cerussita | 2.69 |
| Calcedonia | 2.82 |
| Diópsido de cromo | 3.22 a 3.38 |
| Crisoberilo | 3.5 a 3.84 |
| Crisocola | 2.00 a 2.45 |
| Crisoprasa | 3.97 a 4.00 |
| Citrino | 2.65 |
| Clinozoisita | 3.3 a 3.4 |
| Colemanita | 2.42 |
| Coral | 2.6 a 2.7 |
| Crocoita | 5.90 a 6.10 |
| Circonia cúbica | 5.60 - 5.90 |
| Cuprita | 5.85 - 6.15 |
| Danburita | 3.00 - 3.07 |
| Datolite | 2.95 |
| Demantoide (Andradita) | 3.82 - 3.85 |
| Diamante | 3.52 |
| Diópsido | 3.29 |
| Dioptasa | 3.30 |
| Dolomita | 2.85 - 2.95 |
| Dumortierita | 3.26 - 3.41 |
| Ekanite | 3.28 |
| Esmeralda (Berilo) | 2.71 |
| Enstatita | 3.27 |
| Epidota | 3.45 |
| Euclasa | 3.10 |
| Fayalita (Olivine) | 4.3 |
| Fibrolita (silimanita) | 3.25 |
| Ópalo de Fuego | 2.00 |
| Fluorita | 3.18 |
| Gahnite | 3.98 |
| Gahnospinel | 3.97 |
| Vidrio (hecho por el hombre) | 3.15 - 4.20 |
| Goshenita (Berilo) | 2.69 |
| Grosular (Granate) | 3.64 |
| Hackmanita | 2.15 - 2.40 |
| Hambergita | 2.35 |
| Hauyne | 2.40 |
| Heliodor (Berilo) | 2.69 |
| Hematita | 5.05 |
| Hemimorfita | 3.45 |
| Hesonita (Granate) | 3.65 |
| Hiddenita (Espodumeno) | 3.16 - 3.20 |
| Howlita | 2.53 - 2.59 |
| Hidrogrosular (Granate) | 3.36 a 3.55 |
| Hipersteno | 3.45 |
| Idocrase | 3.38 |
| Iolita | 2.59 |
| Marfil | 1.7 - 2.0 |
| Jadeíta | 3.34 |
| Jaspe (Cuarzo) | 2.58 - 2.91 |
| Kornerupine | 3.32 |
| Kunzita (Espodumeno) | 3.16 - 3.20 |
| Cianita | 3.68 |
| Labradorita (Feldespato) | 2.69 |
| Lapislázuli | 2.80 |
| Lazulita | 3.09 |
| Leucita | 2.47 |
| Magnesita | 3.00 - 3.12 |
| Malaquita | 3.80 |
| Maw-Sit-Sit | 2.50 a 3.50 |
| Microline (Feldespato) | 2.56 |
| Moissanita | 3.17 a 3.24 |
| Moldavita | 2.40 |
| Piedra Lunar (Feldespato) | 2.57 |
| Morganita (Beril) | 2.80 a 2.91 |
| Natrilita | 2.22 |
| Nefrita | 2.90 - 3.04 |
| Obsidiana | 2.30 - 2.60 |
| Oligoclasa (Feldespato) | 2.64 a 2.66 |
| Onyx | 2.70 |
| Ópalo | 2.10 |
| Ortoclasa (Feldespato) | 2.6 |
| Perla (cultivada) | 2.75 |
| Perla (natural) | 2.71 |
| Peridoto (Olivino) | 3.34 |
| Petalita | 2.39 |
| Fenaquita | 2.96 |
| Prasiolita (Cuarzo) | 2.65 |
| Prehnita | 2.87 |
| Proustita | 5.57 - 5.64 |
| Purpurita | 3.35 |
| Piropo (Granate) 3.70 | |
| Cuarzo | 2.65 |
| Rodizita | 3.40 |
| Rodocrosita | 3.60 |
| Rodolita (Granate) | 3.93 - 4.30 |
| Rodonita | 3.60 |
| Rubí (Corindón) | 3.97 - 4.08 |
| Rutilo | 4.2 |
| Sanidina (Feldespato) | 2.57 |
| Zafiro (Corindón) | 3.99 - 4.00 |
| Sapphirine | 3.54—3.51 |
| Escapolita | 2.5 a 2.7 |
| Scheelita | 6.00 |
| Serpentina | 2.40 - 2.80 |
| Silimanita | 3.25 |
| Plata | 10.5 |
| cingalita | 3.48 |
| Smithsonite | 4.35 |
| Sodalita | 2.13 - 2.29 |
| Espesartina (Granate) | 4.16 |
| Esfalerita | 4.09 |
| Esfena | 3.53 |
| Espinela | 3.60 |
| Espodumeno | 3.18 |
| Estaurolita | 3.70 |
| Titanato de Estroncio | 5.13 |
| Taaffeite | 3.61 |
| Tantalita | 5.18 - 8.20 |
| Tanzanita (Zoisita) | 3.28 - 3.35 |
| Thomsonite | 2.35 |
| Tulita (Zoisita) | 3.10-3.38 |
| Ojo de tigre (Cuarzo) | 2.64 - 2.71 |
| Topacio (incoloro) | 3.56 |
| Topacio (amarillo) | 3.53 |
| Turmalina | 3.02 - 3.26 |
| Tremolita | 2.90 - 3.10 |
| Tsavorita (Granate) | 3.49 |
| Tugtupita | 2.37 - 2.57 |
| Turquesa | 2.80 |
| Ulexita | 1.95 |
| Uvarovita (Granate) | 3.77 |
| Vanadinita | 6.6 y 7.2 |
| Variscita | 2.55 |
| Vesuvianita | 3.35—3.45 |
| Vivianita | 2.65 |
| Willemite | 4.03 |
| Wulfenita | 6.70 - 7.00 |
| Zincite | 5.66 |
| Circón, (incoloro, azul) | 4.69 |
| Circón, (verde) | 4.50 |
| Zoisita | 3.10 |
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Enlaces Externos
- Video de gravedad específica (Barbra Voltaire, alojado por Google Video)