Spezifisches Gewicht & Dichte

Die Masse der Materie verstehen
Das spezifische Gewicht ist eine der zuverlässigsten physikalischen Eigenschaften für die Mineralidentifikation. Es spiegelt die atomare Zusammensetzung und Kristallstruktur wider und kann auch bei kleinen Proben bestimmt werden.
Gesteinsbestimmung 📖 13 Minuten Lesezeit 🟡 Mittelstufe
⚖️ Grundlagen verstehen

📊 Definition

Spezifisches Gewicht: Verhältnis der Mineraldichte zur Wasserdichte bei 4°C
Dichte: Masse pro Volumeneinheit (g/cm³)
Beziehung: Numerisch gleich, aber dimensionslos vs. mit Einheit

🧮 Berechnung

Formel: SG = ρ_Mineral / ρ_Wasser
Bei 4°C: ρ_Wasser = 1,000 g/cm³
Praktisch: SG-Wert entspricht Dichte in g/cm³

⚛️ Kontrollfaktoren

Atomare Masse: Schwerere Elemente erhöhen SG
Packungsdichte: Engere Packung = höheres SG
Koordinationszahl: Beeinflusst Atomabstände
Kristallstruktur: Verschiedene Polymorph haben unterschiedliche Dichten

📏 Messmethoden

💧 Auftriebsmethode (Jolly-Waage)

Prinzip: Gewichtsverlust in Wasser messen
Formel: SG = Gewicht_Luft / (Gewicht_Luft - Gewicht_Wasser)
Vorteile: Einfach, präzise für kleine Proben
Nachteile: Benötigt wasserdichte Probe

🌊 Pyknometer-Methode

Prinzip: Volumenmessung durch Wasserverdrängung
Ausrüstung: Kalibrierter Volumenkolben
Anwendung: Für pulverisierte oder poröse Proben
Präzision: Sehr genau bei korrekter Durchführung

💎 Schwereflüssigkeiten

Prinzip: Proben schwimmen oder sinken je nach Dichte
Flüssigkeiten: Bromoform (SG 2,89), Methylenjodid (SG 3,32)
Vorteil: Schnelle Trennung von Mineralgemischen
Nachteile: Toxisch, teuer, spezielle Entsorgung nötig

✋ Handschätzung

Erfahrung: Mit Übung sehr nützlich
Vergleich: "Schwerer/leichter als erwartet"
Genauigkeit: ±0,5 SG-Einheiten bei Übung
Feldmethode: Keine Ausrüstung nötig

📊 SG-Bereiche nach Mineralgruppen

🪶 Leichte Minerale (SG 2,0-3,0)

Beispiele: Quarz (2,65), Feldspat (2,55-2,76), Calcit (2,71)
Zusammensetzung: Meist Silikate und Karbonate
Elemente: Leichte Elemente (Si, Al, Ca, Na, K)
Gefühl: "Normal" schwer für die Größe

⚖️ Mittelschwere Minerale (SG 3,0-5,0)

Beispiele: Olivin (3,2-4,4), Pyroxen (3,2-3,6), Baryt (4,5)
Zusammensetzung: Eisenreiche Silikate, Sulfate
Elemente: Fe, Mg, Ba in Struktur
Gefühl: Merklich schwerer als gewöhnliche Gesteine

🏋️ Schwere Minerale (SG 5,0-8,0)

Beispiele: Pyrit (5,02), Magnetit (5,18), Hämatit (5,26)
Zusammensetzung: Eisenoxide, Sulfide
Elemente: Fe, Cu, Pb, Zn
Gefühl: Deutlich schwer, überraschend für die Größe

💪 Sehr schwere Minerale (SG 8,0+)

Beispiele: Galenit (7,5), Kassiterit (6,8-7,1), Gold (19,3)
Zusammensetzung: Native Metalle, Bleiminerale
Elemente: Pb, Au, Pt, Hg
Gefühl: Extrem schwer, wie Metall

🔍 Diagnostische Anwendungen

💰 Edelmetall-Identifikation

Gold (19,3): Extrem schwer, charakteristisch
Pyrit (5,0): Deutlich leichter als Gold
Chalkopyrit (4,2): Noch leichter, kupferfarben
Test: "Goldpfanne" nutzt SG-Unterschiede

🧲 Eisenoxid-Unterscheidung

Magnetit (5,18): Schwer, stark magnetisch
Hämatit (5,26): Ähnlich schwer, nicht magnetisch
Goethit (4,3): Leichter, oft erdiges Aussehen
Limonit (2,7-4,3): Variable Dichte, Gemisch

💎 Edelstein-Prüfung

Diamant (3,52): Überraschend schwer für Größe
Quarz (2,65): Leichter als Diamant
Glas (2,4-2,8): Ähnlich Quarz
Zirkon (4,7): Sehr schwer, diamantähnlicher Glanz

🧪 Praktische Durchführung
📋 Auftriebstest Schritt-für-Schritt
  1. Probe sauber und trocken wiegen (Gewicht_Luft)
  2. Probe vollständig in Wasser tauchen
  3. Gewicht unter Wasser bestimmen (Gewicht_Wasser)
  4. SG = Gewicht_Luft / (Gewicht_Luft - Gewicht_Wasser)
  5. Blasen entfernen, Probe vollständig benetzen

⚠️ Häufige Fehlerquellen

Luftblasen: Reduzieren scheinbares Gewicht unter Wasser
Porosität: Wassereintritt verfälscht Messung
Verunreinigungen: Verwitterung oder Anhaftungen
Temperatur: Wasserdichte ändert sich mit Temperatur

🔧 Problemlösungen

Poröse Proben: Mit Paraffin überziehen
Kleine Proben: Mehrere zusammen messen
Lösliche Minerale: Andere Flüssigkeit verwenden
Gemische: Einzelne Kristalle isolieren

🏭 Technische Anwendungen

⛏️ Erzaufbereitung

Schwerkraft-Trennung: Nutzt SG-Unterschiede
Herdseparation: Für feinkörnige Erze
Spiralscheider: Kontinuierliche Trennung
Anwendung: Kohle, Golderze, Schwerminerale

🧱 Baustoffprüfung

Gesteindichte: Festigkeitsindikatoren
Porosität: Frostbeständigkeit
Qualitätskontrolle: Betondichte
Norm: DIN-Prüfungen für Baumaterialien

🔬 Forschungsanwendungen

Kristallstruktur: Packungseffizienz berechnen
Phasentransformationen: Druckeffekte
Zusammensetzung: Mischkristall-Analyse
Planetologie: Meteoritenstudien

📚 Theoretische Grundlagen

⚛️ Atomare Faktoren

Atomgewicht: Pb (207) vs. Al (27) = Faktor 7,7
Ionenradius: Kleine Ionen = dichtere Packung
Koordination: 8-fach vs. 4-fach Koordination
Beispiel: CaF₂ (Fluorit, 8-fach) vs. SiO₂ (Quarz, 4-fach)

🏗️ Strukturelle Faktoren

Packung: Kubisch dichtest vs. hexagonal dichtest
Hohlräume: Zeolithe haben niedrige Dichte
Schichtung: Glimmer weniger dicht als Granat
Polymorphie: Diamant (3,52) vs. Graphit (2,23)

🎯 Feldschätzung trainieren
🏋️ Übungsmethoden
Das spezifische Gewicht verbindet makroskopische Eigenschaften mit atomarer Struktur. Diese fundamentale Eigenschaft hilft nicht nur bei der Identifikation, sondern erklärt auch viele technische Anwendungen und geologische Prozesse.