Абсолютная шкала твердости. Характеристики и определение твердости камней по шкале мооса
Набор эталонных минералов, которые определяют относительную твёрдость с помощью царапания, называется шкалой Мооса (шкала твердости в минералогии). Эталонами являются 10 минералов, которые располагаются по порядку возрастающей твёрдости. В состав шкалы входят 10 эталонов твёрдости: 1 - тальк; 2 - гипс; 3 - кальцит; 4 - флюорит ; 5 - апатит; 6 - ортоклаз; 7 - кварц; 8 - топаз; 9 - корунд; 10 - алмаз.
Минералы, имеющие твердость ниже 7 - мягкие, а те, у которых выше 7 - твердые. В целом твердость у главной массы природных соединений колеблется от 2 до 6. В 1811 году шкалу твердости предложил немецкий минеролог Фридрих Моос.
Твёрдостью камня является сопротивление, которое происходит на его поверхности, когда по нему царапают иным камнем или каким-то предметом; твердость заключается в мере связности структуры атомов вещества. В зависимости от того, в каком направлении производится царапание, твёрдость камня изменяется. От остальных минералов кианит отличается большим диапазоном твердости. Изменение его твердости от 5 до 7. В одних направлениях его можно поцарапать ножом, а в других нельзя.
Значению шкалы от 1 до 10 соответствуют десять известных минералов – начиная с талька и заканчивая алмазом . Чтобы определить твердость минерала, выбирают самый твёрдый эталон, который он поцарапает или самый мягкий, который сможет поцарапать определяемый материал. К примеру, если минерал царапает кварц , но не ортоклаз, то он имеет твёрдость в диапазоне от 6 до 7.
Промежуточную степень твёрдости у камня показывают в виде дробей. Так, число 8 1/2, которое относится к хризобериллу, означает, что топаз царапается им почти так же, как его царапает корунд . Гранат имеет твердость более высокую, чем у кварца (7) и немного ниже, чем у берилла (7 1/2), поэтому твердость его обозначают как 7 1/4.
Важно то, что минералы порошковатых, скрытокристаллических и тонкопористых разностей имеют ложную малую твёрдость. Например, у такого минерала как гематит , когда он находится в кристаллах, твердость равна 6, а когда в красной охре, меньше 4.
Люди, обладающие алмазным перстнем в курсе того, что алмаз может легко поцарапать стекло. С помощью алмаза стекло даже режут. Если для царапания стекла использовать другие драгоценные камни, то можно обнаружить, что и они могут царапать его, но не с такой легкостью. Топаз может царапать стекло, но на нем остаются царапины от корунда, который подвергается царапанию самого твердого минерала, которым является алмаз. На ювелирном рынке очень ценят серьги и кольца, сделанные из твердых самоцветов.
Сложности процесса полировки и огранки образцов одного и того же минерала, найденного в разных местах, имеют отличия друг от друга. Говорят, что алмазы из Нового Южного Уэльса и Калимантана имеют значительно большею твердость, чем алмазы с Южной Африки и с других мест, а также и то, что при их огранке бывают трудности. У цейлонских сапфиров твердость больше, чем у рубинов , а у кашмирских сапфиров меньше.
Шкала Мооса предназначается, как грубая сравнительная оценка твёрдости материалов, согласно системе твёрже-мягче. Определяемый материал или царапается эталоном, что значит, что твердость его меньше по шкале Мооса, либо сам царапает эталон, а это значит, что твёрдость его выше. Таким образом, шкала Мооса определяет только относительную твердость.
Кроме шкалы Мооса, существуют так же и другие способы определения твёрдости минералов, но разновидности шкал твёрдости нельзя однозначно соотносить друг с другом. Путем практики принято несколько систем измерения твёрдости, имеющих более точную систему измерения, но ни одна из них не может покрыть весь спектр шкалы Мооса.
При описании свойств гранита и мрамора – горных пород, наиболее часто используемых при изготовлении надгробных памятников, нередко упоминается так называемая шкала твердости Мооса. Для чего и как она используется, расскажем в нашей статье.
Прежде всего, необходимо понять, зачем необходимо определение твердости камня или металла. Если речь идет о покупателе, то твердость является показателем долговечности и - как следствие - стоимости изделия. Речь может идти как о памятнике из натурального камня, так и, например, о драгоценностях или украшениях. Самый простой пример, известный практически каждому - это способность алмаза царапать стекло. Отсюда берет свое начало самый популярный способ определения подлинности камня.
Наконец, укажем твердость металлов, из которых изготавливаются декоративные аксессуары и фурнитура для памятников:
Данная таблица наглядно демонстрирует причину, по которой изготовители итальянской бронзы на памятники практически полностью перешли на использование латуни - несмотря на ее недостаточно насыщенный, белесый цвет.
В заключение необходимо заметить, что все вышесказанное верно только применительно к веществам в чистом виде. Об этом необходимо знать и помнить, поскольку в наше время производители часто добавляют к металлам примеси для повышения их твердости и прочности. Так, например, в золото (индикатор MOHS 3) часто добавляют никель (значение MOHS 4) - чтобы улучшить показатели прочности готового изделия.
Несмотря на то, что до настоящего времени шкала определения твердости Мооса не потеряла свой актуальности, особенно при проведении полевых измерений, с середины прошлого века геологи и минерологи перешли на склерометры, использующие инденторы - специальные элементы, представляющие собой шарики, конусы или пирамиды, изготовленные из закаленной стали, высокопрочного сплава или алмаза. Но даже значительно превосходя изобретение двухсотлетней давности по точности измерений, современные склерометры не могут даже приблизиться к диапазону значений шкалы Мооса.
Компанию, которая изготоваливает надгробные памятники в вашей области, вы найдете в разделе Изготовление памятников нашего ритуального справочника
Минералогической шкалой твёрдости, шкалой твёрдости Мооса называют как набор стандартных минералов для определения относительной твёрдости методом царапания эталоном испытываемого объекта, так и собственно десятибалльную шкалу относительной твёрдости минералов . За эталоны минералогической шкалы твёрдости Мооса приняты следующие 10 минералов, которые располагаются в шкале в порядке возрастающей твёрдости: тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, ортоклаз (полевой шпат), кварц, топаз, корунд, алмаз.
ИЦМ(www.сайт)
Шкала твёрдости Мооса предложена в качестве относительной шкалы твёрдости в 1811 года немецким учёным Фридрихом Моосом (Ф. Моос, F. Mohs). Несмотря на то, что разработка принадлежит началу XIX века, эта условная шкала твёрдости широко применяется и по сей день. Сегодня имеется возможность приобрести набор стандартных минералов как для учебного процесса, так и для ювелирной промышленности.
Используется для быстрой сравнительной диагностики минералов. При этом, если эталон шкалы твёрдости, имеющий твёрдость 5, царапает исследуемый образец, а последний оставляет след на поверхности эталона с твёрдостью 4, то промежуточная твёрдость минерала равна 4,5 (4½) шкалы Мооса. В то же время надо иметь в виду, что шкала твёрдости Мооса не является линейной шкалой. Номер по шкале твердости указывает только на порядок в распределении по твердости, но не имеет какого-либо количественного значения. Из шкалы твёрдости ни в коем случае не следует вывод, что, к примеру, алмаз (10) вдвое тверже апатита (5). Абсолютные значения твёрдости (называемые иногда истинно относительными ) представляют собой совершенно другую картину. Помимо этого, необходимо учитывать, что твёрдость некоторых минералов в различных направлениях может очень сильно отличаться благодаря кристаллической структуре. Твёрдость металла имеет более устойчивые абсолютные значения, но на практике мы редко имеет дело с чистым металлом, а твёрдость сплава вообще зависит от всех его составляющих.
ИЦМ(www.сайт)
Шкалу твёрдости Мооса в технической литературе изображают, как правило, в виде сравнительной таблицы. Для наглядности иногда её сопровождают фотографиями минералов - эталонов шкалы твёрдости .
Удобна ещё и тем , что практически можно примененять такие "подручные средства", как ноготь (твёрдость по Моосу 2½), цент или любая другая монета США (твёрдость чуть меньше 3), нож (твёрдость по Моосу 5½), стекло (5½), высококачественный стальной напильник (твёрдость 6½), наждачная бумага, в которой применяется синтетический корунд (имеет твёрдость по Моосу 9), тонкая наждачная бумага для дерева "garnet paper" (твёрдость 7½).
| 1 - Тальк | 2 - Гипс | 3 - Кальцит | 4 - Флюорит | 5 - Апатит |
| 6 - Ортоклаз | 7 - Кварц | 8 - Топаз | 9 - Корунд | 10 - Алмаз |
Лит.:
Шкала Мооса (минералогическая шкала твёрдости) - набор эталонных минералов для определения относительной твёрдости методом царапания. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастающей твёрдости.
Состоит из 10 эталонов твёрдости: тальк - 1; гипс - 2; кальцит - 3; флюорит - 4; апатит - 5; ортоклаз - 6; кварц - 7; топаз - 8; корунд - 9; алмаз - 10.
Минералы с индексом ниже 7 считаются мягкими , выше 7 - твердыми .
В целом главная масса природных соединений обладает твердостью от 2 до 6.
Шкала твёрдости предложена в 1811 году немецким минералогом Фридрихом Моосом.
Твёрдость камня - это сопротивление, которое оказывает его поверхность при попытке поцарапать ее другим камнем или иным предметом ; твердость представляет собой меру связности атомной структуры вещества. Твёрдость одного и того же камня может быть различной в разных направлениях . Большим различием твердости в разных направлениях среди других минералов выделяется: твердость изменяется у него от 5 до 7, и в одних направлениях образец царапается ножом, а в других нет.
Значения шкалы от 1 до 10 соответствуют 10 распространённым минералам - от талька до алмаза . Твёрдость минерала измеряется путём поиска самого твёрдого эталонного минерала, который он может поцарапать; и/или самого мягкого эталонного минерала, который царапает данный минерал. Всё очень просто. Например, если минерал царапается апатитом, но не флюоритом, то его твёрдость находится в диапазоне от 4 до 5.
Промежуточные степени твёрдости камня выражаются в виде дробей. Так, число 8 1/2, относящееся к хризобериллу, означает, что он царапает топаз примерно так же, как сам царапается корундом. Гранат пироп несколько тверже кварца (7) и несколько мягче берилла (7 1/2), поэтому его твердость обозначается как 7 1/4.
Важно помнить, что скрытокристаллические, тонкопористые и порошковатые разности минералов обладают ложными малыми твёрдостями . Например, гематит в кристаллах имеет твердость 6, а в виде красной охры меньше 4.
Каждый обладатель алмазного перстня знает, что алмаз легко царапает оконное стекло. Алмазом стекло и режут. Если мы станем пробовать другие драгоценные камни, то обнаружится, что и они царапают стекло, но не так легко, а дальше - топаз царапает оконное стекло, но на самом топазе оставляет царапины корунд, который в свою очередь поддаётся всесильному и самому твёрдому алмазу.
Образцы одних и тех же минералов, полученные из разных мест, отличаются друг от друга по сложности процесса огранки и полировки. Об алмазах с Калимантана и из Нового Южного Уэльса говорят, что они существенно тверже алмазов из Южной Африки и из других мест и что при их огранке возникают трудности.
Цейлонские сапфиры тверже, чем рубины, а кашмирские сапфиры - мягче.
Шкала Мооса предназначена для грубой сравнительной оценки твёрдости материалов по системе мягче-твёрже. Испытываемый материал либо царапает эталон и его твёрдость по шкале Мооса выше, либо царапается эталоном и его твёрдость ниже эталона. Таким образом, шкала Мооса информирует только об относительной твёрдости минералов .
Помимо шкалы Мооса, конечно же есть и другие методы определения твёрдости минералов, но различные шкалы твёрдости нельзя однозначно соотнести друг с другом . Практикой приняты несколько более точных систем измерения твёрдости материалов, ни одна из которых не покрывает весь спектр шкалы Мооса.
Бытовые средства измерения твёрдости
Иногда для определения твёрдости приходится пользоваться средствами, которые есть под рукой , хотя в некоторых случаях они бывают недостаточно точны (карандаш -1, соль поваренная - 2, ноготь - 2.5, медная монета - 3, железный гвоздь - 4, стекло - 5, стальной нож - 6, напильник - 7). При определении твердости всегда следует испытывать свежую поверхность минерала.
хорошо запомнить:
- ноготь оставляет царапину на гипсе и более мягких веществах
- обычное оконное стекло немного мягче полевого шпата
- стальное лезвие ножа немного твёрже полевого шпата, приближаясь по твердости к кварцу, и легко царапает стекло.
Классификация
природных каменных материалов по твёрдости
Линейная твёрдость
Линейная твёрдость определяется абсолютной шкалой твердости, а не шкалой Мооса. Вот абсолютная шкала твердости:
Тальк - 1 - Скоблится ногтем
Гипс - 3 - Царапается ногтем
Кальцит - 9 - Царапается медной монетой
Флюорит - 21 - Легко царапается ножом
Апатит - 48 - С трудом царапается ножом
Ортоклаз - 72 - Царапается напильником
Кварц - 100 - Царапает оконное стекло
Топаз - 200 - Легко царапает кварц
Корунд - 400 - Легко царапает топаз
Алмаз - 1600 - Не царапается ничем (а сам при этом легко царапает корунд)
Имитации камней и проверка на твёрдость
Так как различные виды драгоценных камней имеют по меньшей мере такую же твёрдость, как и кварц (7), их легко можно отличить от внешне похожих на них «мягких» стеклянных изделий, имитирующих драгоценные камни, с помощью напильника (надфиля). Особенно полезно такое испытание в случае алмаза, потому что он, будучи гораздо тверже любого другого драгоценного камня, оставляет на стекле царапину значительно более глубокую, чем это можно сделать рубином или сапфиром.
До того, как ввели в употребление рефрактометр, это был практически единственный метод проверки ограненных камней.
Если камень заключен в оправу, лучше всего его вынуть оттуда и провести испытание па ободке камня, поскольку поцарапанное место можно в этом случае полностью закрыть, снова вставив камень в оправу.
Для удобства испытания минералов на твердость применяют так называемые эталонные острия, в которых кусочки материала с известной твердостью вставлены в небольшие держатели.
Шкала Мооса - хорошая штука, она как раз для практического оценочного определения предназначена.
Недавно видели критику её такого типа: братцы, нас обманывают, шкала Мооса жутко нелинейная! :)))) и поэтому пользоваться ею нельзя:))) Что-то в этом духе.. На самом деле она очень удобна в полях и предназначена для быстрого определения самих МИНЕРАЛОВ, а не их абсолютной твёрдости:) Надо это понимать, вот и всё :) А такие критики просто не умеют работать с инструментом, поэтому и критикуют.
Это замечание от геологов (кельты).
Шкала Мооса
Краткая инструкция по пользованию шкалой Мооса
Шкала́ Мо́оса (минералогическая шкала твёрдости) - набор эталонных минералов для определения относительной твёрдости методом царапания. В качестве эталонов приняты 10 минералов , расположенных в порядке возрастающей твёрдости. Предложена в 1811 году немецким минералогом Фридрихом Моосом .
Предназначена для грубой сравнительной оценки твёрдости материалов по системе мягче-твёрже. Испытываемый материал либо царапает эталон и его твёрдость по шкале Мооса выше, либо царапается эталоном и его твёрдость ниже эталона. Таким образом, шкала Мооса информирует только об относительной твёрдости минералов. Например, корунд (9) в 2 раза твёрже топаза (8), но при этом почти в 4 раза менее твёрдый, чем алмаз (10). Благодаря ей, можно определить твердость минерала методом царапания, так как в этой шкале каждый последующий минерал своим острым концом царапает предыдущий.
Для удобства пользования каждый минерал данной шкалы можно вмонтировать с помощью эпоксидной смолы в конец короткой металлической трубки. Для определения твердости нужно выбрать ровную поверхность, что бывает трудно, так как у многих минералов края их неровных участков могут крошиться, что затрудняет точное определение твердости. Когда царапина или другой отпечаток оставлены на ровной поверхности, то видно, что несмотря на хрупкость, испытуемый минерал поддается пластической деформации под воздействием острого края эталонного минерала. Царапину следует проводить короткими осторожными движениями, чтобы не испортить образец. Когда испытуемый образец близок по твердости к стандарту, оставленный след необходимо слегка протереть и рассмотреть под лупой, чтобы убедится, что царапина действительно была сделана.
Иногда для определения твердости приходится пользоваться средствами, которые обычно бывают под рукой , хотя в некоторых случаях они бывают недостаточно точны (карандаш -1, соль поваренная - 2, ноготь - 2.5,медная монета - 3, железный гвоздь - 4, стеклоь - 5, стальной нож -6, напильник - 7). стоит забывать о том, что при определении твердости всегда следует испытывать свежую поверхность минерала. Определяя твердость минерала лучше всего начинать со стекла, так как его значение твердости приходится примерно на середину шкалы. Важно помнить, что скрытокристаллические, тонкопористые и порошковатые разности минералов обладают ложными малыми твёрдостями. Например, гематит в кристаллах имеет твердость 6, а в виде красной охры меньше 4, что говорит о практически отсутствии сцепления в тонкодиспергированной массе гематита. В целом главная масса природных соединений обладает твердостью от 2 до 6. Наиболее твердые минералы, как правило, принадлежат к окислам и некоторым (чаще всего островным) силикатам.
| Твёрдость | Минерал | Абсолютная твёрдость |
|---|---|---|
| 1 | Тальк (Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2) | 1 |
| 2 | Гипс (CaSO 4 *2H 2 O) | 3 |
| 3 | Кальцит (CaCO 3) | 9 |
| 4 |