Metalbestemmelse

Metalbestemmelse ud fra massefyldemåling,

Gæsteartikel af Flemming Jenle

Metalliske grundstoffer og legeringer har en række afvigende fysisk egenskaber der i princippet kan benyttes til at identificere arten af et forelagt stykke metal: Farve, hårdhed, smeltepunkt, varmefylde, elektrisk ledningsevne, massefylde m. m.

For lægfolk er massefyldebestemmelse (ud fra Archimedes’ lov) nok den metode som er nemmest at benytte, når man skal prøve at bestemme arten af metal. Archimedes’ lov siger at ”et legeme der nedsænkes i en væske taber lige så meget i vægt som den fortrængte væskemængde vejer”. Metoden kræver en god vægt, men der ud over ingen specialinstrumenter, og så er den skånsom overfor emnet (ikke destruktiv prøvning). Dertil kommer at massefyldemetoden er ganske nøjagtig, når visse betingelser er opfyldt – hvilket de desværre næsten aldrig er i praksis:

1. Emnet skal være tilpas stort
2. Emnet skal være rent
3. Emnet må ikke indeholde dele af andet materiale end det metal man søger at bestemme
4. Emnet skal være massivt (uden hulrum eller for mange helt små indeslutninger).

Især de to førstnævnte betingelser er som bekendt langt fra altid opfyldt, når vi taler om detektorfund.

Pas på vægten

Konceptet forudsætter at den benyttede vægt er rimelig nøjagtig. For at kunne bestemme massefylden med én decimal (en nøjagtighed på 0,1g/cm³) skal man bruge en vægt med en opløsning/nøjagtighed på mindst en tusindedel af emnets vægt (dette er en tommelfingerregel, idet nøjagtigheden også afhænger af massefylden – jo tungere metal jo mindre nøjagtighed). Dvs. hvis man ønsker at bestemme massefylden af en mønt på 10 gram kræver det at man råder over en vægt med en nøjagtighed på 0,01 g (hvis emnet derimod vejer 1 kg kan man klare sig med en digital køkkenvægt med en nøjagtighed på 1 g).

En lille – ikke alt for dyr – præcisionsvægt kan fx købes hos Kitchentech.

Renlighed er en dyd

En nøjagtighed i massefyldebestemmelsen på 0,1g/cm³ er i øvrigt ikke tilstrækkelig hvis man ønsker at differentiere mellem visse legeringer (fx har de forskellige kobberlegeringer – messing, bronze, tombak etc – næsten samme massefylde).

At emnet skal være rent betyder, at ikke alene skal overflader og alle hulheder være renset for sand, ler m.m., men emnet skal stort set også være fri for korrosion (lag af metalilte). Et tyndt lag sølv- eller blyoxid er normalt ikke noget stort problem, men rust og ir kombineret med andre stoffer fra jorden på henholdsvis jern og kobberholdige metaller kan være helt afgørende for om en vægtfyldebestemmelse kan gennemføres.

De fejl der opstår fordi emnerne ikke er rene, vil i praksis næsten altid resultere i en overvurdering af rumfanget (korrosionsprodukter m.m. har en væsentlig mindre massefylde end det pågældende metal) og dermed en undervurdering af massefylden. Dette er vigtigt at huske, når man efterfølgende slår op i en massefyldetabel for at finde ud af hvilket metal det er man har med at gøre.

Metode 1

Den væske som vi nedsænker emnet i er vand. Og her taler vi i princippet om rent, koldt, destilleret vand uden opløste ioner (saltvand eller meget hårdt vand fra vandhanen duer altså ikke). I praksis er dette ikke så afgørende, opsamlet regnvand kan fint bruges (og Aqua Kommunalis såmænd også :-).

massefylde =ρ·V/(V-v)

hvor V er den normale vægt af emnet, v er vægten af det nedsænkede emne og ρ er vandets massefylde.

Vandets temperatur spiller principielt en rolle, idet vands massefylde aftager med stigende temperatur (over +4 grader). Ved stuetemperatur er ρ lig med 0,998 g/cm³ så i praksis begår man ikke nogen stor fejl ved at antage at vandets massefylde er 1g/cm³ , dvs. rumfanget af det nedsænkede emne i cm³er det samme som vægttabet i gram, og det gør så beregningen ekstra simpel:

massefylde =V/(V-v)

I praksis er det nok nemmest at ophænge emnet under vægten når man skal finde vægttabet ved nedsænkning i vand, sådan som det er vist på figuren til venstre. Her ophænges emnet i en ståltrådsbøjle som hviler på vægtskålen samtidig med at den kan nå omkring hele vægten. Selve vægten skal anbringes på et fast, vandret underlag fx et bræt.

Massefyldebestemmelsen foregår ved at man først vejer emnet – der skal være rent og tørt – på vægten.

Derefter anbringer man bøjlen på vægten, og den snøre eller lign. med tilhørende krog som senere benyttes til at fastholde emnet nedsænkes i vandet, hvorefter man aftarerer (nulstiller) vægten.

Nu anbringes emnet i den nedsænkede holder og den reducerede vægt registreres.

Det er fristende at bruge et krokodillenæb eller en anden form for klemme til at fastholde emnet, men i så fald er man nødt til at være meget omhyggelig med at sikre sig at der ikke kommer små luftbobler med ned i vandet. Bedre er det at bøje en dobbeltkrog eller lign. i ståltråd.

Metode 2

En alternativ fremgangsmåde består i at aftarere en beholder med vand (inkl. nedsænket emneholder), og derefter aflæse vægten når emnet anbringes i holderen (se figuren til højre). I dette tilfælde viser vægten direkte rumfanget af emnet.

Med den sidste fremgangsmåde slipper man for at skulle fremstille bøjle m.m., men til gengæld er man begrænset med hensyn til vandbeholderens størrelse (en præcisionsvægt må normalt ikke belastes med mere end nogle få hundrede gram). Desuden har man vandpjaskeriet oven over vægten, hvilket på et eller andet tidspunkt nok skal vise sig at være uhensigtsmæssigt.

Hvis man vælger denne metode vil et engangsbæger gøre god gavn.

massefylde =V/w

hvor V er den normale vægt af emnet og w er vægtforøgelsen af vandbeholderen når man nedsænker emnet.

Excel regneark til beregning af massefylden

Ved at indtaste vægtaflæsningerne i de med gult markerede felter i vedlagte excel-regneark kan man få beregnet massefylden, ligesom man får et forslag til hvilket metal der kunne være tale om (mf1.xls benyttes til den førstenævnte fremgangsmetode og mf2.xls til den anden).

Download mf1.xlsx
Download mf2.xlsx

Et praktisk eksempel (Allan Faurskov):

Herunder er afbilledet 2 ringe. Den ene er fundet på en beach volley bane ved Århus for et par dage siden, den anden er min vielsesring. Disse 2 ringe har jeg nu haft gennem metalbestemmelses-møllen.

 

Jeg valgte at bruge metode 2: massefylde =V/w, hvor V er den normale vægt af emnet og w er vægtforøgelsen af vandbeholderen når man nedsænker emnet.

Min vægt kan veje 1/200-dele gram, men til gengæld kun op til 50 gram ad gangen.

Jeg brugte følgende fremgangsmåde:

1. Vej en ring
2. Fyld et flamingobæger halvt med vand (bægeret behøver ikke at være af flamingo)
3. Sluk vægten, sæt bægeret på vægten, tænd vægten (således at vægten står på 0,000 gram inkl. tara, som man siger)
4. Nedsænk ring i vandet fx i et stykke tynd ståltråd (må ikke røre bunden)
5. Aflæs vægten (hvor meget vand fortrænges)

Formlen massefylde =V/w giver herefter flg. resultater:

• Ring 1: 4,765/0,635 = 7,5, dvs. at ringen ligger mellem tin og støbejern og er værdiløs.
• Ring 2: 8,1/0,62 = 13,06, dvs. at ringen er en mellemting mellem hvidguld og guld, hvilket jo rent faktisk er rigtigt 🙂