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比重的手掂与静水称重:把轻中重三档量化到数字

两块差不多大的石头,一块握着发坠、一块发飘,多数人会立刻说重的那块含金属。这个判断只在体积相当时才成立,尺寸差一档,手感就全反了。比重是矿物质量与同体积水质量之比,手掂先给它分档,静水称重再把它变成一个可读的数。

先掂同体积的重量:轻、中、重三档能当场分开

先掂同体积的重量:轻、中、重三档能当场分开。挑两块体积接近的标本,左右手各托一块上下掂几次;明显发飘的记作轻档,与常见石块差不多的记作中档,压手得反常的记作重档。数值上约 2.5 以下为轻,2.5–4 为中,4 以上为重。

常见值能帮着定位。硬度 7 级的石英 2.65 克/立方厘米落在中档,石膏 2.3 克/立方厘米属轻档,自然金 19.3 克/立方厘米最极端,是重档里最压手的一例。同样是拳头大,重档能压出两倍以上的手感差,左右手各托一块对比最明显。

静水称重给出数值:空气中质量除以两次读数之差

静水称重给出数值,做法是两次称量。先用细线把块样挂在秤下,在空气中读出质量 m1,再把样块完全浸没水中、不触底不挂壁,读出 m2。两次读数相减就是被排开的水的质量,因为水每立方厘米约 1 克,这个差值在数值上等于样块体积。

代入一个具体例子就清楚了。某块浅色矿物空气中称得 26.5 克,浸水后称得 16.5 克,差为 10 克,对应体积约 10 立方厘米,26.5 除以 10 得 2.65,与石英吻合。若是同体积的重档矿物,两次读数之差会小得多,算出的商明显更大。

最硬的判据是比重公式:无量纲,数值贴近密度读数

最硬的判据是公式本身:比重等于 m1 除以 m1 与 m2 之差。它无量纲,因水密度约 1 克/立方厘米,数值又与以克/立方厘米计的密度几乎一致,两个说法常被混用也不致出错。手掂只能给三档,这个式子把档次换成可比对的数字。

读数前有三件事要做。样块表面气泡要用细针或轻晃去掉,气泡附在表面会把 m2 压小、把结果抬高;细线要细,入水段尽量短;样块必须全浸且不碰容器壁。同一块样连称两次,差值稳定在 0.1 克以内再取值,否则重称。

混进来的干扰有孔隙、气泡、吸水与读数漂移

混进来的干扰有四种。孔隙与裂隙让水进入或把空气封在里面,实测体积偏大、比重偏低;表面气泡反向把结果抬高;黏土质、土状样吸水后质量变化;手上温度与水流扰动会让便携秤读数漂移,这些误差在小样上尤其明显。

排除靠样品选择与重复称量。取致密无裂、边长 20–30 毫米的块样,剔掉风化皮,浸水前先快速过一遍水去浮尘,再静止读数;可溶的石盐、石膏不能浸水,只能手掂或与同体积标准块对比。本文判断,块样够大、读数够稳,结果才可信。

关键数据

下列比重为常见范围,实测随杂质、裂隙与孔隙度移动。本文判断:手掂负责快速分档,静水称重负责复核,两者结论不一致时以称重为准,因为手感会被绝对尺寸与握持方式带偏。

  • 比重无量纲,数值与以克/立方厘米计的密度几乎一致
  • 手掂常分三档:约 2.5 以下为轻,2.5–4 为中,4 以上为重
  • 石英 2.65、方解石 2.71、石膏 2.3、石盐 2.1–2.2,单位均为克/立方厘米
  • 黄铁矿 4.9–5.2、方铅矿 7.4–7.6、自然金 19.3,单位均为克/立方厘米
  • 静水称重公式:比重 = m1 / (m1 − m2),m1 为空气中质量、m2 为水中质量
  • 宜取边长 20–30 毫米的致密块样,称具读数到 0.1 克

边界:小件、可溶样品与多孔块体都不适合浸水

边界落在小件和多孔块上。直径不足 10 毫米的小晶体,两次读数差不到 1 克,秤的读数误差会被放大成明显的比重偏差;浮岩、多孔褐铁矿一类含大量孔隙,浸水后水进入孔隙,算出的不再是矿物的真比重,都应退回手掂与硬度。

另一处边界是集合体。由多种矿物胶结成的岩石,测到的是各矿物比重的加权平均,不能与单矿物的表列值直接比对;含重金属矿物的细粒集合体还会因颗粒脱落而越称越轻。本文判断,静水称重只宜用于致密、单一、不溶的矿物块。

参考文献

  • 潘兆橹 主编.《结晶学及矿物学》. 地质出版社, 1993. —— 比重与测定方法。
  • Klein C., Dutrow B. Manual of Mineral Science. 23rd ed. Wiley, 2007. —— Specific gravity and hydrostatic weighing.
  • Nesse W. D. Introduction to Mineralogy. Oxford University Press, 2000. —— 密度与比重。
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文章名称:比重的手掂与静水称重:把轻中重三档量化到数字
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