Твёрдость минералов по шкале Мооса. Твердость веществ. Шкалы и методика

Что такое шкала твердости по Моосу.

Шкала Мооса — система, используемая для ранжирования материалов по их твердости, которая позволяет вести классификацию с помощью чисел от 1 до 10. Ее применяют, чтобы сравнивать прочность драгоценных камней, металлов и некоторых других материалов и оценивать их относительную долгосрочность.

Оценка металла по шкале Мооса берет за основу то, насколько легко образец может быть поцарапан другими металлами. Например, коэффициент твердости золота — 2,5-3, что значительно ниже коэффициента твердости большинства других материалов.

В то время как графит и некоторые виды пластика стоят на одном конце шкалы, имея значение 1, то на другой ее конец ставится алмаз, одно из самых твердых веществ на Земле. Он оценивается в 10 баллов.

Твёрдость минералов по шкале Мооса. Твердость веществ. Шкалы и методика
Шкала твёрдости минералов: определение прочности по Моосу

Шкала твёрдости минералов: определение прочности по Моосу

Что за шкала, какую информацию содержит

Значение по этой шкале может находиться в пределах от одного до десяти.

Чем больше соответствующее число, тем твёрже такой камень.

Осадочные породы представляют собой затвердевшие отложения выветрившихся, эродированных, отгруженных бывших пород или оболочек живых существ. Эти породы обычно имеют стратификацию. Метаморфические породы сформировались под воздействием высокой температуры и высокого давления в земной коре, например, в гигантских горных формациях. Под направленным давлением минералы выровнены и дают скале полосатый, «потрескавшийся» вид. Примеры: кристаллический шифер, гнейс.

Знание различных минералов, составляющих породы, необходимо для понимания образования горных пород. Как единственная ссылка на определение минералов, мы имеем их физические свойства. Твердость: немецкий минералог Мохс установил 10 важных минералов в масштабе с увеличением твердости царапины. Этот масштаб все еще используется сегодня.

При определении характеристик конкретного материала, его пытаются оцарапать всеми эталонными камнями. Если найдены те соседние камни, один из которых оцарапает образец, а другой – нет, то считается, что его твёрдость находится между характеристиками этих эталонных минералов.

Самый мягкий камень здесь — это тальк, а самым твёрдым является алмаз.

Шкала Мооса — не единственная, в науке и промышленности используются ещё несколько вариантов.

Каждый минерал этой шкалы вырезает предыдущий этап. В поле обычно достаточно определить минералы с медной монетой, куском стекла, карманным ножом и файлом. Разделение и нарушение поведения: способ, которым минерал разбивается одним махом, зависит от его кристаллической структуры. Многие минералы можно разделить на гладкие, плоские, блестящие поверхности. Другие ломаются вдоль изогнутых поверхностей или осколков. Поскольку на большинстве предметов уже есть признаки поломки, нет необходимости наносить им ущерб еще больше.

Плотность: относительная плотность может быть определена путем взвешивания образца сначала в воздухе, затем в воде. Большинство пород и минералов немного больше, чем в два с половиной раза тяжелее воды. Вес части размером с руку можно оценить приблизительно. Руды тяжелее.

Несмотря на то, что эта шкала была предложена достаточно давно, её активно применяют и в наше время.

Одним из её важных достоинств является то, что её использование достаточно просто. Для этого нужно только иметь нужные эталонные образцы.

Важно отметить, что информация, которую мы получаем при таких измерениях далеко не полная. Измерение не даёт никаких абсолютных величин и не может использоваться для определения соотношений по твёрдости.

Цвет линии: в отличие от цвета минерала, цвет порошкообразного минерала является важным определяющим средством. Самый простой способ — протереть один край минерала на куске неглазурованного фарфора. Это оставляет полоску порошкообразного минерала. Блеск: Общие проявления: металлический блеск, глянцевое стекло, жирный, перламутровый, шелковый блеск.

Почва — это верхний слой фундамента, образованный выветриванием и смешанный с продуктами органического разложения растений и животных. Сверху и внутри почва строится мертвыми организмами. Гумус относится к содержанию почвы более или менее разлагаемого животного или растительного материала, смешанного с элементами выветривания материнской породы. Профиль почвы состоит из нескольких слоев, которые были разделены процессами почвообразования.

Мы не можем таким образом сказать, во сколько раз один камень мягче или твёрже другого. Также не можем утверждать об абсолютной величине такой характеристики рассматриваемого материала. Также не будем забывать и о том, что некоторые минералы имеют различную прочность, если проводить царапины в различных направлениях.

Важно отметить также и то, что при отсутствии эталонных материалов, можно воспользоваться обычными предметами , про которые примерно известно, какое место у них по данной шкале. Для примера, приведём обычную монету, твёрдость которой в различных странах может быть различной, но цент в США соответствует примерно трём по этому правилу. А у обычного стекла крепость немного больше пяти.

Почву в Альпах можно спроектировать по-разному. Свободная, рассыпчатая почва темная, легче нагревается, обладает высокой способностью удерживать воду, лучше связывает питательные вещества почвы, уменьшает потерю питательных веществ из-за сильных дождей и повышает скорость воды из более глубоких слоев почвы. Это косвенный источник питательных веществ для растений, даже через разлагающиеся и растворимые минеральные компоненты.

На небольшой выветрившейся скале у снежной линии, в осыпи и осыпи, мы встречаемся на сырых почвах. Эти плотные, нерегулярно орошаемые почвы содержат мало питательных веществ, быстро лизят и едва могут хранить воду. Они служат только местом для специалистов. Сырые почвы являются примитивным состоянием, из которого развиваются разные типы. В зависимости от профиля почвы можно различать различные почвы.

История создания

Немецкий учёный Фридрих Моос создал шкалу твёрдости минералов больше 200 лет назад. В далёком 1811 году он впервые представил свою шкалу, предназначенную для определения минералов путём их царапанья.

Грубый метод оценивания прочности горных пород по сравнению с эталоном оказался чрезвычайно удобным для применения на практике.

Эталоны шкалы

В таблице шкалы Мооса находятся 10 различных горных пород, различающихся друг от друга. Минералы расположены в порядке увеличения их твёрдости, где под первым номером находится наиболее мягкий, а под десятым — самый прочный.

По какой шкале измеряют твёрдость минералов сейчас:

  1. Тальк. Один из наиболее мягких минералов, который легко поцарапать человеческим ногтем. С ним можно сравнить также графит.
  2. Гипс. Превосходит тальк приблизительно в два раза, но и он тоже поддаётся воздействию человеческого ногтя. Похожими качествами обладают кристаллы поваренной соли, янтарь, слюда и подобные ей хлориты.
  3. Кальцит. В три раза превосходит по твёрдости предыдущие минералы. Царапается медной монеткой или перочинным ножом. Близкими параметрами обладают благородные металлы — золото и серебро, а также гагат, биотит.
  4. Флюорит в таблице Мооса
    Флюорит. Он же плавиковый шпат. На нём остаётся след от ножа или оконного стекла. Доломит, малахит и сфалерит обладают похожей твёрдостью.
  5. Апатит. Минерал, востребованный ювелирной промышленностью. Его с трудом можно поцарапать ножом. Оконное стекло способно оставить на нём малозаметный след. Гематит, лазурит, бирюза и обсидиан по своей твёрдости почти аналогичны апатиту.
  6. Ортоклаз. Он же полевой шпат, его твёрдость превосходит предшественника по таблице Мооса почти вдвое. Его можно поцарапать напильником, изготовленным из твёрдых сплавов. Опал, рутил, лунный камень имеют сходную прочность.
  7. Кварц. Он же горный хрусталь или кристаллический кварц. Царапает стекло. Поддаётся обработке при помощи алмаза или корунда. Гранат и турмалин обладают похожими характеристиками.
  8. Топаз. Царапает стекло. Обрабатывается с применением алмаза. Шпинель, аквамарин, изумруд, агат, аметист, гранат, турмалин имеют аналогичную твёрдость.
  9. Корунд. Превосходит топаз по твёрдости в четыре раза. При его обработке используются алмазы. Царапает стекло. Карбид вольфрама, сапфир и рубин — это разновидности корунда, обладающие сходной прочностью.
  10. Алмаз. По своей твёрдости приближается к теоретически возможной для объектов, имеющих материальную структуру, превосходя корунд в четыре раза. Режет стекло. К алмазу приближаются материалы, созданные на основе нитрида бора — эльбор, боразон и другие.

Минералы по шкале Мооса

Как пользоваться таблицей

Твёрдость материала по шкале Мооса определяется путём сравнения с эталоном из таблицы. Если исследуемый образец царапает апатит, находящийся на пятом месте в таблице, но не оставляет следов на ортоклазе, занимающем шестое место, то его твёрдость лежит в промежутке между 5 и 6.

Необходимо учесть при проведении измерений и некоторые их особенности:

  1. Если подбираются эталоны из шкалы Мооса себе самостоятельно, то стоит обратить внимание на то, что одни и те же минералы, но из разных частей света часто различаются по своим характеристикам. Алмазы из Австралии более твёрдые, чем добытые в ЮАР, а сапфиры родом из Шри-Ланки превосходят по прочности любой рубин. Сапфиры же из индийского Штата Кашмир — самые «мягкие» и уступают рубинам.
  2. Алмазный эталон вполне можно заменить сделанным из эльбора, т. е. нитрида бора.
  3. Начинать тестировать любой минерал имеет смысл с царапанья его стеклом. Делается это из-за того, что основное количество природных минералов расположены по шкале Мооса в диапазоне от 2 до 6, а твёрдость стекла по шкале Мооса равна 5.
  4. Разные плоскости одного и того же кристалла могут иметь различную прочность. Такие особенности характерны для кианита.
  5. Проверять драгоценные камни в ювелирных изделиях нужно с особой осторожностью, чтобы не испортить их. Лучше всего это делать со стороны оправы.

Таблица Мооса

До настоящего времени шкала твёрдости Мооса не потеряла своего прикладного значения, невзирая на многочисленные попытки создать что-то более удобное и надёжное.

К успешным попыткам можно отнести создание так называемой шкалы Роквелла, фиксирующей глубину проникновения в исследуемый образец специального наконечника под определённым давлением. Этот метод, дающий не относительные, а абсолютные величины, используется при лабораторных исследованиях материалов.

Способы измерения твёрдости

Степень крепости материала оценивают посредством вдавливания в него более прочного предмета, а также шлифования и царапания его поверхности. Выбор, по какой шкале измерять твёрдость минералов, большой. Кроме оставления борозды эталонными кристаллами Мооса существует 6 основных методов измерения:

  1. Шкала Роквелла – фиксируется глубина проникновения идентора с алмазным наконечником в материал. Применяется в отношении металлов и сплавов.
  2. Твёрдость по Шору определяют так же. Дополнительно метод позволяет исследовать крепкость пластмассы и эластичных предметов.
  3. Шкала Кнупа работает по принципу вдавливания. Оценка результата производится в единицах Кнупа: алмаз – 8500, корунд – 2000.
  4. Твёрдость горной породы по методу Шрейнера количественно определяется отношением нагрузки на пуансон к площади штампа. Сопровождается измерение вычерчиванием диаграммы деформации.
  5. Шкала Розиваля построена по примеру таблицы Мооса: показатели для ряда минералов получены с помощью прибора твердомера по результатам шлифования образцов. Трудоёмкость метода не позволила ему вытеснить классику.
  6. Пирамида Виккерса, армированная алмазами, статически вдавливается в предмет испытаний, а результат смотрят по площади отпечатка через микроскоп. Приборы называются твердомерами (например, ПМТ-3).

Все точные методы нахождения крепкости уступают быстрому табличному способу определения по сравниванию прочностных свойств минералов. Не всегда необходимо видеть разрушающую нагрузку, в большинстве случаев достаточно знать, какой камень является более твёрдым.

Иногда для определения твердости 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.

Для практических целей хорошо запомнить:

  • ноготь оставляет царапину на гипсе и более мягких веществах;
  • обычное оконное стекло немного мягче полевого шпата;
  • стальное лезвие ножа немного тверже полевого шпата, приближаясь по твердости к кварцу, и легко царапает стекло.

Мягкие минералы из шкалы Мооса: характеристики

Апатит, кальцит, тальк, флюорит, гипс, ортоклаз не классифицируются как редкие камни: их добыча налажена по всей планете.

Тальк

Самый мягкий по шкале Мооса камень: твёрдость талька – 1. Представляет собой плотный, слоистый, жирноватый на ощупь камень из класса силикатов. Цветовая гамма – белый, сероватый, розоватый оттенки. Даже незначительное механическое воздействие превращает самый мягкий минерал в порошок.

Тальк используется как присыпка: детская, спортивная, для технической резины (исключает взаимное прилипание деталей). Благородный прозрачный светлый мягкий тальк – компонент косметической пудры.

Наиболее известная из разновидностей талька – стеатит (он же – жировик, талькохлорит, восковой, ледяной или мыльный камень). Распространённые цвета – белый, серый, коричневый, зелёный, жёлтый. Редки экземпляры цвета спелой вишни и красные. Шелковистые, с матовым блеском агломераты нашли применение как декоративный материал.

Тальк
Тальк — самый мягкий минерал

Такая же степень твёрдости у графита (это ближайший родственник алмаза), близкая – у молибденита.

Гипс

Второй по твёрдости в таблице. Классика – белый минерал. Другие цвета – сероватый, коричневатый, красноватый, светло-бурый. Красиво смотрится жёлтый натуральный гипс.

Гипс используется в зависимости от разновидности:

  • обычная – в медицине при лечении переломов;
  • волокнистая – называется селенитом; применяется как декоративно-поделочный материал;
  • тонкозернистую разновидность гипса именуют алебастром; используется как декоративно-строительный материал.

Гипс
Гипс
Аналогичная твёрдость у галита, слюды, хлорита, улексита, хризоколлы, мусковита.

Кальцит

Распространённый минерал, из которого состоят мергели, известняки, мрамор, меловые отложения. А также раковины моллюсков, благодаря чему он назван биоминералом.

Третий на шкале Мооса: поцарапать можно медной монеткой.

Белый кальцит
Белый кальцит

Бывает белым либо бесцветным. Коричневатость, розоватость, зелень создают включения железа, никеля, других примесей. Самая известная разновидность – исландский шпат.

Близкие показатели твёрдости у янтаря, серпентина, биотита, хризоколлы, гагата.

Флюорит

Название минерала переводится как «текучий»:

  • Процарапать можно только стеклом либо ножом.
  • Камень хрупкий, цветовая гамма – фиолет, зеленоватость, розоватость, красноватость. Или отсутствие цвета.
  • Ценится сырьё с включением урана, тория, других редкоземельных элементов. Обычное сырьё используют металлурги для повышения плавкости шлака.
  • Красивые экземпляры идут мастерам-камнерезам.
  • Материал также известен как плавиковый шпат.

Флюорит
Флюорит
Другие подобные минералы – доломит (древнейший строительный материал), жемчуг, кораллы, малахит, сфалерит, азурит, арагонит, родохрозит.

Апатит

У апатита твёрдость по шкале Мооса 5:

  1. Царапается стекляшкой или ножом.
  2. Кристаллы – удлинённые призмы либо таблицы с зеленоватостью, голубоватостью, желтовато-зелёные, розоватые. Их конфигурация и цвет делают апатит похожим на турмалин или берилл.
  3. Используется при производстве фосфора, его кислоты, удобрений.

Аналогичная характеристика у гематита, рутила, обсидиана, бирюзы, лазурита, родонита. Правда, у гематита 5 – это среднее значение: у кристаллов твёрдость 6, у охры 4.

Апатит
Апатит

Минералы типа бирюзы, родонита, лазурита используются как ювелирные.

Насыпные плотности сыпучих и кусковых материалов

МатериалНасыпная плотность, кг/м³МатериалНасыпная плотность, кг/м³
Антрацит 800–950 Песок мелкий влажный 1900–2050
Барит 2900 Песок крупный 1400–1900
Боксит дробленый 1300–1950 Полевой шпат в кусках 2650
Гипс дробленый 450–1600 Полевой шпат в порошке 1200
Гравий 1500–1900 Руда разная 1700–3500
Глина 1800–2000 Соль крупная 780–900
Глина сухая в кусках 1000 Соль мелкая сухая 1000–1300
Зола сухая 400–600 Соль влажная 1200–2200
Зола влажная 700 Стекло битое 1300–1950
Земля сухая 1200 Сера 2000
Земля сырая 1700 Сода 670
Известь негашеная 1700–1800 Сода кальцинированная 500–1100
Известь гашеная в порошке 500 Торф воздушно-сухой 330–410
Известняковый и бутовый камень 1600–2000 Торф влажный 550–650
Кокс газовый 360–470 Уголь древесный твердых пород 190–250
Кокс рудничный 380–530 Уголь древесный мягких пород 130–170
Кварц дробленый 1450–1600 Уголь бурый воздушно-сухой 650–780
Мел 2500 Фосфат 1000–1600
Мергель 1100–1300 Цинковая обманка 2800
Нитрофоска гранулированная 1100–1300 Щебень сухой 1800
Песок мелкий сухой 1400–1650 Щебень сырой 2000

Плотность некоторых твердых материалов

МатериалУдельная плотность, кг/м³МатериалУдельная плотность, кг/м³
Агат 2500–2700 Морская пенка 990–1280
Асбест 2000–2760 Нитрофоска гранулированная 2000–2200
Алмаз 3010–3520 Опал 2200
Базальт 2400–3100 Песчаник 2140–2360
Берил 2690–2700 Парафин 870–910
Воск 960–970 Пробка 220–260
Галена (свинцовый блеск) 7300–7600 Пек 1070
Глина 1800–2600 Порфир 2600–2900
Галька кремневая 2630 Пирит 4950–5100
Гранат 3150–4300 Полевой шпат 2740–2760
Гранит 2640–2760 Плавиковый шпат (флюорит) 3140
Графит 2300–2720 Роговая обманка 3000
Гипс 2690–2780 Стекло обыкновенное 2400–2800
Доломит 2840 Стекло кремниевое 2900–5900
Железняк красный 4900–5300 Слюда 2600–3200
Известь гашеная 1300–1400 Серпантин 2500–2650
Известняк 2680–2760 Сланец 2600–3300
Кремнии плавленый 2070 Торф прессованный 840
Кремний плавленый прозрачный 2210 Тальк 2700–2800
Каменная соль 2180 Топаз 3500–3600
Кость 1700–2000 Уголь дубовый 570
Каучук 920–990 Уголь сосновый 280–260
Киноварь 8120 Уголь каменный (антрацит) 1400–1800
Корунд 3900 – 4000 Фарфор 2300–2500
Кварц 2650 Цинковая руда (каламин) 4100–4500
Магнетит 4900–5200 Целлюлоза 1400
Малахит 3700–4100 Шлак 2000–3900
Мрамор 2600–2840 Эбонит 1150

Химические свойства

По своему составу NaCl относится к группе средних солей. Химический состав поваренной соли выглядит следующим образом:

  • Na — 39.34;
  • Cl – 60.66.

В чистом виде состав этого вещества полностью соответствует теоретическому. В виде изоморфной примеси поваренная соль содержит Br (до 0,098%). Также в состав галита могут входить: NH3, Не, As, J, Pb и некоторые другие вещества. Атомы в структуре Na и Cl чередуются равномерно в узлах кристаллической кубической решетки.

Минерал галит

Размеров кристаллы соли могут достигать значительных. Также для галита характерны скелетные образования — хрупкие, мутно-белы пирамидки-лодочки.

Принципы градации от Мооса

Систему сравнений твёрдости кристаллов изобрёл немецкий геолог Фридрих Моос (другой вариант звучания — Мосс). Она представляет собой десятибалльную шкалу из эталонных минералов, расположенных в порядке возрастания прочности.

При попытке поцарапать одним кристаллом другой выстраивается цепочка от самого мягкого камня (талька) до наикрепчайшего (алмаза). Информирует шкала твердости Мооса только о сравнительной прочности сопоставляемых минералов.

Если испытуемый камень не оставляет следа на кварцевой грани, а эталон не царапает образец, тогда можно утверждать, что крепкость проверяемого кристалла равна 7 по таблице шкалы Мооса.

Контрольный минерал Номер по определителю Другие камни той же прочности Царапающий предмет Значение твёрдости резца
Тальковый камень 1 Графит Ноготь 2,5
Гипс (селенит) 2 Галит, слюда, хлорит ~ ~
Кальцит (исландский шпат) 3 Биотит, серебро, золото Медная монета 3,5
Флюорит (плавиковый шпат) 4 Сфалерит, доломит Нож из железа, оконное стекло 5,5
Апатит 5 Лазурит, гематит ~ ~
Ортоклаз (адуляр, полевой шпат) 6 Опал, рутил Гвоздь из стали 6,5
Кварц (агат, яшма, аметист, горный хрусталь, авантюрин) 7 Турмалин, гранат Победитовое сверло 8,5
Топаз 8 Аквамарин, изумруд, шпинель ~ ~
Корунд (сапфир, рубин) 9 Карбид вольфрама Алмаз 10
Алмаз 10 Эльбор

Для удобства использования эталонный минерал закрепляют на конце трубки эпоксидным клеем. Царапают осторожно, стараясь не повредить образец. Таким же образом работают и с подручными предметами. Поскольку твердость стекла по шкале Мооса занимает среднее положение (между значениями 5 и 6), то испытание начинают именно с царапания его поверхности.

солевой кристалл в руке
Растворение соли
Карл Фридрих Христиан Моос - создатель шкалы измерения твердости
Шкала твёрдости минералов: определение прочности по Моосу
Соль в озере
Шкала твёрдости минералов: определение прочности по Моосу

Ювелирные камни

Все минералы, твердость которых по шкале меньше 7, считаются мягкими, тех, что выше 7 — твердыми. Твердые минералы поддаются обработке алмазами, многообразие возможных огранок, прозрачность и редкость делают их идеальными для использования в ювелирном деле.

Твердость алмаза по шкале Мооса составляет 10. Алмазы гранятся таким образом, чтобы при обработке потеря в массе камня была минимальной. Обработанный алмаз и называют бриллиантом. Благодаря своей высокой твердости и устойчивости к высоким температурам, бриллианты практически вечны.

Твердость алмаза по шкале Мооса

Твердость рубина и сапфира несколько ниже твердости алмаза и составляет 9 по шкале Мооса. Ценность этих камней, а также изумрудов, зависит от окраски, прозрачности и количества дефектов — чем прозрачнее камень, интенсивнее цвет и чем меньше в нем трещин, тем выше цена.

Таблица со шкалой сравнения

Сопоставление прочностной характеристики, полученной по различным методикам, с таблицей Мооса полезно в практическом применении камней. Абсолютные значения твёрдости определяют по другим оценкам, сравнение критериев видно в таблице.

Минералы и горные породы Градация по Моосу По Шрейнеру, МПа Крепкость по шкале Кнупа, единиц Твёрдость шлифования в воде по Розивалю Прочность по микротвердомеру ПМТ-2, ПМТ-3, кг/мм²
Тальк 1 250―400 12 0,03 2,4
Гипс 2 32 1,25 40
Кальцит, мрамор, ангидрит 3 950―1400 135 4,5 110
Флюорит, доломит 4 2500―3200 160 5 190
Апатит, гранит 5 3000―3700 400 6,5 530
Ортоклаз, базальт 6 3900 500 37 790
Кварц, диабаз 7 6300 1250 120 1120
Топаз 8 1550 175 1430
Корунд 9 1900 1000 2060
Алмаз 10 8300 140000 10060

Причина твёрдости гранита заключается в сложном минеральном составе, где основные компоненты, кварц и слюда, отнесены к разным категориям — 7 и 2. Их количественное соотношение и определяет свойства горной породы.

С помощью шкалы Мооса сравнивают также твёрдость металлов — это удобно, когда подбирается оправа для драгоценного камня.

Наименование Олово Золото, серебро Медь, бронза Никель Платина Палладий Титан Вольфрам
Значение по градации 1,5 2,5―3 3 4 4,5 4,7 6 7,5

Из таблицы видно, какие металлы могут поцарапать другие. Это обстоятельство важно учитывать при совместном хранении украшений.

Какова твердость соли по шкале Мооса

В природе хлористый натрий является веществом очень распространенным. Поэтому каменная соль и была, помимо всего прочего, включена в качестве эталона в шкалу Мооса. Находится хлористый натрий в этой схеме на предпоследнем девятом месте. То есть твердость поваренной соли равна двум. Кристаллы хлористого натрия, как известно, отличаются хрупкостью и легко растворяются в воде. Выглядят соляные крупинки достаточно твердыми. Однако впечатление это по-большей мере обманчивое. На самом деле кристаллы соли легко царапаются даже просто ногтем.

Значения прочности драгоценных минералов

Испытание на твёрдость хорошо подходит для того, чтобы отличить редкие красивые кристаллы от их стеклянных или искусственных имитаций. К драгоценным камням относят природные минералы в естественном или обработанном виде — алмазы (бриллианты), сапфиры (синие), рубины, изумруды, александриты.

В особых условиях выращивают синтетические аналоги драгоценных камней. Стоят такие самоцветы значительно дешевле. Недобросовестные производители из искусственных кристаллов или ювелирного стекла необходимого цвета изготавливают украшения, после чего предлагают их по тем же ценам, что и естественные. Известная имитация — фианит. Он очень похож на бриллиант, но его стоимость несопоставима с натуральными камнями. Выявить подделку путём нахождения твёрдости по Моосу несложно:

  • когда у сапфира значение указывается 7, то велика вероятность, что сделан кабошон из кварца;
  • если в паспорте на бриллиант показатель прочности — 8,5, а должен быть 10, становится понятно, что этот камень не имеет природного происхождения (у фианита показатель именно 8,5).

Иногда в доказательство того, что кристалл натуральный, приводят довод: он царапает стекло. Но надо знать, что ювелирное стекло также оставляет след на обычном. В таблице приведены значения для некоторых камней.

Кристалл Твёрдость по Моосу Кристалл Твёрдость по Моосу
Рубин 9 Агат 6,5―7
Александрит 8,5 Яшма 6―7
Шпинель 8 Амазонит 6―6,5
Топаз 8 Нефрит 6―6,5
Аквамарин 7,5―8 Рутил 6―6,5
Берилл 7,5―8 Родонит 5,5―6,5
Пироп 7,5―8 Обсидиан 5―5,5
Турмалин 7,5―8 Пурпурит 4,5
Циркон 6,5―7,5 Кораллы 3―4

Шкала твёрдости Мооса, несмотря на относительность результатов, остаётся основным инструментом в геологических изысканиях. В полевых условиях каждый переносимый на себе килограмм веса на учёте, а для идентификации неизвестного образца породы достаточно простого ножа и стекла.

Сведения о твёрдости минералов в большинстве справочников приводятся в относительных величинах. Абсолютными значениями интересуется узкий круг специалистов. Другое направление преимущественного использования шкалы Мооса — ювелирное дело. Ориентируясь на показатели твёрдости кристаллов, выбирают способ обработки камня, вариант шлифования и нужные для этого станки и инструменты.

Полудрагоценные камни

Несколько ниже алмаза и корунда ценятся топазы и гранаты. Их твердость по шкале Мооса составляет 7-8 баллов. Эти камни хорошо поддаются обработке алмазом. Цена напрямую зависит от цвета. Чем насыщеннее цвет топаза или граната, тем дороже будет стоить изделие с ним. Наиболее высоко ценятся чрезвычайно редкие желтые топазы и фиолетовые гранаты (маджориты). Последний камень настолько редок, что цена его может быть выше, чем чистого бриллианта.

Цветные турмалины: розовый (рубеллит), синий (индиголит), зеленый (верделит), арбузный турмалин также относят к полудрагоценным камням. Прозрачные турмалины высокого качества встречаются в природе очень редко, потому и стоят иногда гораздо дороже пиропов и голубых топазов, а за арбузными (розово-зелеными) камнями коллекционеры не устают охотиться. Твердость камней по шкале Мооса довольно высока и составляет 7-7,5 баллов. Эти камни хорошо поддаются шлифовке, не меняют цвет, а найти ювелирное изделие с ярким прозрачным турмалином — настоящая удача.

шкала твердости мооса

Черная разновидность турмалина (шерл) относится к поделочным камням. Шерл твердый, но вместе с тем хрупкий камень, который может легко разрушиться при обработке. Именно по этой причине черные турмалины чаще всего продают необработанными. Шерл считается сильнейшим защитным талисманом.

Рейтинг минералов по твердости («ступени по Моосу»)

Шкала Мооса

  1. Тальк. Это очень распространенное вещество, широко применяемое в промышленности, начиная с производства детской присыпки и заканчивая резиновой промышленностью. Из всех эталонных материалов шкалы Мооса тальк обладает самой низкой прочностью. По степени прочности на одном уровне с тальком находится графит.
  2. Гипс. Второй эталон твердости также очень распространен и популярен. Общеизвестно, если порошок гипса разболтать в воде, то при высыхании полученная кашица превращается в достаточно твердый материал. Это свойство гипса широко используется как в медицине, так и в архитектуре. Но не все знают, что белый порошок — это не просто измельченный минерал, а уже прошедший предварительную обработку — нагретый и обожженный. Именно так он приобретает свое полезное свойство — размягчаться, а затем вновь затвердевать. Гипс, как и тальк, можно поцарапать ногтем; но гипс оставляет следы на тальке, значит, в рейтинге твердости стоит уровнем выше. Итак, его ступень — 2.
  3. Кальцит — карбонат кальция. Входит в состав мела, известняков. Из кальцита целиком состоит мрамор. А биологи отнесли кальцит к биоминералам, ведь из него состоят раковины и скелеты беспозвоночных. Так вот, по методу определения прочности Мооса кальцит тверже гипса (способен оставить на нем царапину), а сам, в свою очередь, может быть поцарапан монеткой из меди. Примерно такая же твердость по Моосу присуща золоту и серебру.
  4. Флюорит. Четвертый эталон шкалы Мооса называют плавиковым шпатом, поскольку что производство плавиковой кислоты — это одно из направлений применения флюорита. Из бесцветных кристаллов флюорита возможно производство линз. Поскольку флюорит легко царапается стеклом, такие линзы не так уж и долговечны. Зато легко обрабатываются. Стало быть, твердость стекла выше твердости флюорита.
  5. Апатит. Стеклом все еще царапается, но уже с трудом. Эта незначительная разница и ставит его ступенью выше флюорита.
  6. Калиевый полевой шпат. Ювелирной или поделочной ценности не имеет, применяется в качестве сырья для производства электрокерамики и фарфора. В шкале Мооса занимает шестую позицию. Ориентировочно такую же степень прочности ( 5,5 -6,5) имеет опал. Но эталоном его не сделать, поскольку опал имеет много аналогов и разновидностей, степень прочности которых существенно колеблется.
  7. Кварц. С точки зрения химии это диоксид кремния. Это — наиболее широко распространенный минерал в земной коре. Кварц способен оставить царапины на стекле, а сам обрабатывается алмазом. Так и попал он на седьмую позицию шкалы Мооса.
  8. Топаз. Этим камнем можно поцарапать стекло, и даже кварц.
  9. Корунд. Уступает в прочности только алмазу. Обработать корундом можно практически все минералы. К корундам относятся такие драгоценные камни, как рубин и сапфир — яхонты, как называли их на Руси.
  10. Алмаз. Вот он — пик шкалы твердости Мооса. В 1600 раз тверже эталона номер один. Никакой из минералов не оставляет отметин на гранях алмаза. Зато сам он способен разрезать стекло.

Как применить шкалу твердости для металлов.

Когда Вы решились на покупку изделия из драгоценного металла, но колеблетесь, украшение из какого материала предпочесть, то поможет именно шкала твердости по Моосу.

Сравнив коэффициенты, Вы определитесь с предварительным выбором и сможете решить, подходит ли Вам это изделие еще и по цене.

Например, платина гораздо более надежна, чем серебро, и в целом, более твердые служат дольше при постоянной носке. Однако платина, также, намного дороже серебра, таким образом, необходимо подумать, готовы ли Вы заплатить дополнительную цену за прочность.

Замечания

Шкала позволяет оценить прочность материала лишь приблизительно и сравнить образцы между собой.

Непостоянная величина

Изобретенная Моосом шкала не учитывает слоистое строение некоторых камней и различия в спайности пород. Поэтому при повреждении разных участков одного и того же минерала показатели твёрдости могут различаться.

Важно! Даже направление царапины может повлиять на конечный результат. Так, обсидиан имеет показатель 5–5,5, он зависит от разного состояния минерала.

На показатель влияют примеси в самоцвете, вариации ориентации кристаллической решётки.

Твердость металлических сплавов.

Шкала Мооса для каждого металла означает твердость в его чистом состоянии, т.е. без любых других материалов, смешанных с ним.

Однако в действительности почти все металлы, используемые в драгоценностях, объединяют с другими для создания более прочного или более дешевого материала.

Например, золото часто смешивается с никелем, цинком, медью и другими металлами для придания ему дополнительной твердости.

Точно так же, когда к вольфраму, имеющему коэффициент твердости 7,5 в чистом виде, добавляют углерод, получившийся карбид вольфрама будет иметь коэффициент уже 8.5-9 по Шкале твердости Мооса.

Интересные факты о шкале Мооса

  • Материалы, имеющие индекс ниже 7, считаются мягкими, выше 7 — твердыми.
  • В целом подавляющее большинство природных соединений имеют индекс от 2 до 6.
  • Минерал графит, стоящий у подножия «лестницы» Мооса, и алмаз, с последней ступени, имеют одинаковый химический состав (оба они состоят из углерода).
Источники

  • https://GoldenStarBsp.ru/yuvelir-spravka/tablica-tverdosti-mineralov.html
  • https://TechnoRama.ru/vidy-stali/tablica-moosa.html
  • https://natrukodel.ru/vidy/tvyordost-mineralov-pri-pomoshhi-shkalyi-moosa
  • https://art-stal.ru/oborudovanie/tverdost-zheleza-po-shkale-moosa-2.html
  • https://www.npp-stc.ru/info/articles/physicomechanical_properties/
  • https://vseprokamni.ru/interesno/tablica-moosa.html

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Adblock
detector