The Density of Gold-Silver-Copper Alloys and ist Calculation from the Chemical Composition –
Die Dichte von Gold-Silber-Kupfer Gemischen und deren Berechnung aus der chemischen Zusammensetzung

(Deutsche /Übersetzung/Zusammenfassung des original Artikels – m.m.)

Paper von J.C. Kraut und W. B. Stern (Geochemical Laboratory, Institute of Mineralogy and Petrography, Bernoullistrasse 30, CH-4056 Basel, Switzerland)

_Abstract:
Unter der Annahme, dass der Beitrag eines Komponentenmetalls zur Dichte eines Gemisches sich linear zur Dichte und Konzentration dieses Metalls im Gemisch verhält, ist es möglich die Werte der Dichte des Systems als Ganzes zu berechnen. Eine Abweichung dieses Verhaltens ergibt sich bei Gemischen die Metalle aus der Kupfergruppe enthalten und das ist wiederum signifikant für die Untersuchung von Goldmünzen. Obwohl die reinen Elemente Gold, Silber und Kupfer, sowie deren binären und tertiären Zusammensetzungen hauptsächlich in der cubic-face-centered Form kristallisieren, zeigen die Dichten dieser Gemische keinen linearen Zusammenhang mit der chemischen Zusammensetzung (at%). Dies ist hauptsächlich auf Effekten der Ordnung und Unordnung in den Gemischen zurückzuführen und damit befasst sich das vorliegende Paper._

Binäre Systeme

Bei der Untersuchung von Goldmünzen ist es von Interesse zu prüfen, ob es bei den Münzen zu Veränderungen in deren Oberfläche gekommen ist (z.B. Bleichen oder Verarmung der Vergoldung). Bei der Untersuchung mittels zerstörungsfreier Methoden werden die dichten der Münzen experimentell bestimmt. Sie lassen sich anschließend mit den berechneten Dichten vergleichen, die man aus einer Oberflächenbestimmung durch eine XRF-Analyse erhält. Wenn nicht in jedem Fall ein linearer Zusammenhang der Dichten der reinen Metalle Gold, Silber und Kupfer in ihren binären und tertiären Verbindungen besteht, dann ist es wichtig die Abweichung von der Linearität infolge von Ordnungs- bzw. Unordnungseffekten des Gitters abzuschätzen.
Der Atomabstand von Gold und Silber ist nahezu identisch und liegt bei 1,44 Å, der Abstand von Silber und Kupfer dagegen beträgt 1,28 Å und ruft dadurch eine deutliche Mischungslücke hervor.
Oberhalb von 410 °C zeigt die Au-Cu Phase ein fcc-Gitter, bei dem die Kupfer- und Goldatome statistisch verteilt sind. Unter 410 °C ist die Anordnung orthorhombisch und unter 385 °C ist ein oberflächen-zentriertes tetragonales Gitter vorzufinden. Aufgrund der unterschiedlichen Modifikationen ergibt sich die Abweichung zwischen den experimentell bestimmten und den berechneten chemischen Analysen. Bei höheren Temperaturen oder bei Zusammensetzungen die nicht dem Verhältnis 1:1 oder 1:3 entsprechen, sind die Elemente Gold und Kupfer statistisch auf den Gitterpositionen verteilt. Der kubische Zustand wird spontan hergestellt.
Bereits 1930 wurde ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen den Gitterparametern von Au-Ag Verbindungen festgestellt.
Seit die Dichte von Edelmetallen und deren Verbindungen mittels der zerstörungsfreien Untersuchungsmethode von Archimedes genau bestimmt werden können, kann diese Methode dazu verwendet werden die chemische Zusammensetzung zu ermitteln.
In der Literatur stehen auch jede Menge Fit-Kurven zur Verfügung, die innerhalb der Fehlergrenzen recht gut zu den experimentellen Werten passen.

Tertiäre Systeme

Die Phasen- bzw. Gittertypen, die aus den Binären Systemen bekannt sind, existieren auch in den Tertiären Au-Ag-Cu Systemen. AuCu und AuCu3 sind nur bei niedrigen Temperaturen stabil, bei höheren Temperaturen wird die Formation von eindeutigen AuCu Phasen unterdrückt, wenn der Silbergehalt 5% übersteigt. Bei einem Silberanteil von weniger als 5% und bei Temperaturen von weniger als 360°C ist die tetragonale Phase von AuCu die stabilste. Zwischen 360 und 385°C herrscht eine orthorhombrische Struktur vor und bei Temperaturen von über 385°C bildet sich eine kubische Struktur aus.