Comprendre la densité et la gravité spécifique des pierres précieuses

Mesurer la densité des pierres précieuses est un moyen de distinguer deux pierres précieuses d’apparence similaire. Par exemple, prenons un grenat et rubis . Les deux espèces peuvent se ressembler, et deux pierres particulières peuvent même avoir les mêmes dimensions. Cependant, chacun a une densité ou gravité spécifique.

Qu’est-ce que la densité ?

Au cas où vous auriez oublié vos études scientifiques au lycée, la densité fait référence à la masse d'un objet par unité de volume. Ou pensez à la densité comme à la « compacité » d’un objet. Par exemple, l’huile végétale est moins dense que le vinaigre. Ainsi, l’huile flotte sur le vinaigre et les épices lorsqu’une vinaigrette se sépare.
La densité ou la densité des pierres précieuses sont des propriétés globales indépendantes de la direction et généralement uniformes dans une masse de matériau. Dans des circonstances idéales, deux joyaux du même espèce et variété ont la même densité. Cependant, la nature oblige rarement. Dans le monde réel, la densité minérale varie considérablement, même au sein d'un même cristal, en raison de les impuretés, des fissures, et bulles. Néanmoins, la densité est un paramètre utile dans l’identification des pierres précieuses. Par conséquent, vous devez comprendre ces facteurs variables.

La densité spécifique est le rapport exprimant le poids d'un matériau donné par rapport à celui d'un volume égal d'eau à 4 ° C. Ainsi, une densité de 3 signifie que, à 4 ° C, un centimètre cube du matériau en question pèse 3 fois plus qu'un centimètre cube d'eau.

Qu'est-ce qui détermine la densité des pierres précieuses ?

La densité d'un composé dépend de plusieurs facteurs, notamment composition chimique et structure en cristal. Par exemple, considérons diamant et du graphite. Les deux sont polymorphe formes cristallines de l'élément carbone (C). Étant donné que la structure du diamant regroupe étroitement ses atomes de carbone, sa densité est de 3,5. Le graphite a une structure beaucoup plus lâche et ouverte. Sa densité est donc de seulement 2,2.

La densité des minéraux dans un série de solutions solides peut varier linéairement avec le changement de composition. Vous pouvez voir l'effet de la substitution chimique de manière assez spectaculaire dans l'exemple du orthorhombique minéraux carbonatés aragonite et cérusite. L'aragonite est CaCO ₃ et a une densité de 2,95. La cérusite a la même structure cristalline que l'aragonite. Cependant, sa composition chimique est de PbCO ₃ et une densité de 6,55 ! Cela montre clairement le rôle du plomb (Pb) par rapport au calcium (Ca) dans la structure.

Comment mesurer la densité des pierres précieuses

Les gemmologues mesurent généralement la gravité spécifique avec liquides lourds. Ils préparent un liquide, tel qu'un mélange de bromoforme et de toluène, pour avoir une valeur de densité particulière. Lorsqu’une matière inconnue tombe dans le liquide, elle peut couler, flotter ou rester suspendue en place. Si le matériau coule, sa densité est supérieure à celle du liquide. S'il flotte, il a moins de densité que le liquide. S'il reste suspendu à un niveau, il a la même densité que le liquide. Vous pouvez prendre des mesures de densité très précises en modifiant la densité d’une colonne de liquide en fonction des variations de température. De plus, vous pouvez suspendre les étalons de densité dans la colonne.

Comme méthode alternative, vous pouvez utiliser des balances dites de torsion, comme la Balance Hanneman ou une échelle de Berman. Tout d’abord, pesez votre échantillon dans l’air. Ensuite, pesez-le en suspension dans un liquide, comme de l'eau ou du toluène. Vous pouvez mesurer les poids dans les deux supports avec assez de précision, en rapportant parfois les densités spécifiques à deux décimales.

Qu'est-ce qui peut interférer avec les mesures de densité ?

La présence d’impuretés dans les cristaux pose un problème majeur pour toutes les mesures de densité des pierres précieuses. Ces impuretés n’ont presque jamais la même densité que le matériau hôte. En conséquence, ils peuvent limiter l’utilité des tests de densité spécifique pour identification des pierres précieuses.

La tension superficielle peut également « faire flotter » un grain minéral à la fois dans des liquides lourds et dans un équilibre de torsion. Cela entraîne des mesures de densité spécifique erronées.

Une mesure précise de la densité implique une propreté absolue, un grand soin dans la préparation des échantillons, un contrôle précis de la température et des mesures répétées.