Определение твердости минерала по шкале мооса. Что такое шкала Мооса

Применительно к минералам и драгоценным камням под твердостью понимают, во-первых, твердость при царапанье (или твердость царапанья) и, во-вторых, твердость при шлифовании. Твердость царапанья прежде, когда оптические методы исследования еще не были столь развиты, как сейчас, играла большую роль при определении драгоценных камней. Сегодня проверка твердости путем царапанья проводится, вообще говоря, лишь у менее ценных камней и в основном коллекционерами. Для профессионального испытания точность такого определения твердости слишком низка. Кроме того, очень велика связанная с ним опасность повреждения камня. Правда, основное преимущество метода царапанья состоит в том, что он позволяет простыми средствами определять драгоценные камни в первом приближении. В минералогии этот способ по-прежнему широко применяется.

Метод определения твердости путем царапанья принадлежит венскому минералогу Фридриху Моосу. Моос определил твердость царапанья как сопротивление, оказываемое минералом при царапанье его поверхности острым контрольным предметом. Камни, имеющие твердость по Моосу выше 7, считаются твердыми. О минералах с твердостью от 8 до 10 говорят, что они имеют «твердость драгоценных камней». Однако это не совсем удачное определение, ибо драгоценные камни характеризуются не только высокой твердостью, хотя она и представляет собой весьма ценное для них качество. Драгоценные камни с твердостью ниже 7 по Моосу нестойки против вездесущей пыли, которая всегда содержит мельчайшие зерна кварца (его твердость по Моосу 7), а потому повреждает полировку и ухудшает блеск мягких камней. Такие камни с течением времени тускнеют и требуют при ношении и хранении особой осторожности, дабы уберечь их от контакта с твердыми, то есть царапающими предметами.

При определении твердости царапанья необходимо следить за тем, чтобы последнее производилось только острым краем образца и только на ровных и свежих поверхностях. У ребристых образований, листоватых кристаллов или выветренных с поверхности штуфов значения твердости царапанья получаются заниженными.

Некоторые драгоценные камни имеют на разных гранях, равно как и по разным направлениям, совершенно различную твердость. Например, у кианита на гранях переднего пинакоида твердость по Моосу составляет в продольном направлении (по удлинению кристалла) 4,5, а в поперечном - 6-7. Поэтому кианит называют также дистеном - «оказывающим двоякое сопротивление». Большие различия в твердости существуют также у алмаза. Только благодаря этому вообще возможно шлифовать алмаз - самый твердый из известных материалов. Шлифовальщик драгоценных камней обязательно должен знать различия в их твердости (как при царапанье, так и при шлифовании), ибо в этом состоит одна из важных предпосылок успешной работы мастера.

Шкала твердости царапанья по Моосу - относительная шкала. С ее помощью можно установить лишь, каким минералом царапается другой (испытуемый) минерал. О том, насколько возрастает (в количественном выражении) твердость от ступени к ступени шкалы Мооса, ничего сказать нельзя. А этот рост в действительности резко различается, как видно из приведенной ниже таблицы, где сопоставлены значения твердости по Моосу и значения абсолютной твердости (твердости шлифования в воде по А. Розивалю).

Относительная и абсолютная шкала твердости

Твердость самоцветов по шкале Мооса

Форму поверхности фрагментов, на которые распадается минерал при ударе, называют изломом. Он бывает раковистым (похожим на отпечаток раковины), неровным, занозистым, волокнистым, ступенчатым, ровным, землистым и пр. Иногда излом может служить диагностическим признаком, позволяющим различать сходные по внешнему облику минералы. Раковистый излом типичен, например, для всех разновидностей кварца и для имитаций драгоценных камней из стекла.

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.

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).

Лит.:

1. Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.: ил. ISBN 5-217-00241-1
2. Большая Советская Энциклопедия - М., 1969-1978.
3. The Mohs Mineral Hardness Scale. By Andrew Alden // About.com: Geology. [Электронный ресурс], 2010 - Режим доступа: http://geology.about.com/od/scales/a/mohsscale.htm , свободный. - Загл. с экрана.
4. Mohs Hardness Scale // ScienceViews.com - an image filled educational website featuring animals, herbs, petroglyphs, pictographs, rock art, reptiles, bugs, birds, mammals, nature, parks, and outdoor online science for your enjoyment, research and learning. [Электронный ресурс], 2003-2008 - Режим доступа: http://scienceviews.com/ , свободный. - Загл. с экрана.

В этой статье:

Шкала Мооса - это минералогическая шкала твердости камней. Определение по этой шкале происходит с помощью царапанья. Большинство минералов получило свою оценку по этой классификации. Ученые отобрали десять представителей камней, по которым и идет сравнение твердости.

Такая шкала была изобретена в 1811 году, но, несмотря на возраст, ею пользуются и до сих пор. Названа она в честь ученого Фридриха Мооса, который и предложил такой метод классификации. Располагаются минералы в порядке возрастания показателя твердости в шкале.

Согласно шкале, камни располагаются так:

1. Тальк (графит).
2. Гипс (хлорид, галит).
3. Кальцит (золото, серебро).
4. Флюорит (доломит, сфалерит).
5. Апатит (гематит, лазурит).
6. Ортоклаз (опал).
7. Кварц (гранат, турмалин).
8. Топаз (берилл).
9. Корунд.
10. Алмаз.

При этом камни с индексом ниже 7 считаются мягкими, выше 7 - твердыми экземплярами. Интересно также то, что самый мягкий камень - графит, самый твердый - алмаз являются аллотропными модификациями карбона. Твердость по Моосу большинства минералов составляет от 2 до 6. Иногда показатель записывают так - 9h. «Н» означает твердость (hardness), а сама цифра указывает на принадлежность вещества к корундам. Кстати, такой показатель чаще всего встречается на защищенном стекле, которое не царапается ножом и используется для изготовления экранов.

Шкала Мооса

Твердость, как характеристика минерала

Если говорить о таком свойстве, как твердость минералов, то стоит сказать, что это сопротивление вещества, которое оказывает его поверхность при попытке царапания камнем или другим предметом. Показатель напрямую зависит от кристаллической решетки и строения атомов в камне. Но также следует знать, что такая характеристика, как твердость, может быть непостоянной и зависеть от таких факторов, как:

• Направление камня. Ярким примером является кианит. В одном случае его твердость определяется как 5, и он царапается ножом, а в другом, как 7, и нож следов не оставляет.
• Агрегатное состояние камня. Например, скрытокристаллические, тонкопористые и порошковатые виды веществ имеют ложные малые твердости. Так, гематит в кристаллах шкалы твердости Мооса оценивают на 6 баллов, а в виде красной охры показатель падает ниже четверки.
• Месторождения камня. Сапфиры, добытые в Цейлоне тверже, чем рубины, а кашмирские сапфиры - мягче. Это объясняется естественными процессами во время образования камня. И даже алмазы с Калимантана и Уэльса тверже, чем экземпляры с ЮАР.

Определение твердости осуществляется путем поиска эталонного материала, который он способен поцарапать. Или же подбираются камни, которые могут поцарапать его. Сама шкала основана на сравнении, поэтому с ее помощью производится грубая сравнительная оценка минерала. Шкала Мооса работает по системе мягче-тверже и называется относительной.

С ее помощью можно определить и промежуточные значения твердости - в таком случае показатель записывается дробью. Например, число 8, под которым находится хризоберилл в классификации, означает, что камень царапает топаз так же, как сам царапается корундом. А вот гранат тверже, чем кварц, но мягче берилла и поэтому получил значение 7.

Чем больше обнаруживают новых камней, тем больше расширяется классификация и появляются промежуточные значения. Но костяк таблицы Мооса остается тем же. А еще до сих пор работает правило: чем тверже камень, тем он стоит дороже.

Твердость необходима для того, чтоб знать насколько сложная обработка камня. Она влияет на процессы огранки, полировки. По твердости камни используют в промышленности в качестве абразивов, как, например, алмазы. Но одной шкалы для определения твердости недостаточно. Существуют и другие способы, которые являются более точными, хотя шкала Мооса так и остается оплотом ювелирного дела.

Существует классификация, которая основана на применении подручных средств, например, ногтя, карандаша, соли поваренной, гвоздя, напильника, ножа, железа. Чтоб запомнить правила этой методики, следует знать, что ноготь оставляет царапины на гипсе и более мягких веществах. Так появилась линейная твердость, а камни стали распределять на такие группы:

• твердые;
• мягкие;
• средней мягкости.

По классификации линейной твердости определяют минералы так:

• тальк - 1 - поддается царапинам ногтем;
• гипс - 3 - возможно поцарапать ногтем;
• кальцит - 9 - можно поцарапать медной монетой;
• флюорит - 21 - легко поддается царапинам ножом;
• апатит - 48 - трудно поцарапать ножом;
• ортоклаз - 72 - повреждается с помощью напильника;
• кварц - 100 - может поцарапать стекло;
• топаз - 200 - способен поцарапать кварц;
• корунд - 400 - царапает топаз;
• алмаз - 1600 - невозможно ничем поцарапать, абсолютная твердость минерала.

Проверка камня с помощью шкалы

Для удобства испытания минералов на твердость применяют так называемые эталонные острия, в которых кусочки материала с известной твердостью вставлены в небольшие держатели.

А еще с помощью твердости можно проверить подлинность камня. Отличия можно определить с помощью напильника, надфиля. Эта процедура выполняется мастером, поскольку в неумелых руках можно повредить изделие. Используется такая методика при проверке алмазов или бриллиантов, когда ювелир пытается поцарапать камень другими веществами. Если алмаз настоящий, то следов на нем не останется. А вот подделки сразу поцарапаются.

Иногда, наоборот, производится проверка алмаза с помощью других камней, которые выступают в качестве царапальной поверхности. Если камень является натуральным, то царапина после него будет более глубокая, чем при царапании другими камнями. Эти методики сейчас утратили популярность, поскольку они портят внешний вид камня, и делать это нужно осторожно. Сейчас проверка проходит с помощью рефрактора, который подсчитывает коэффициент преломления лучей.

А до изобретения рефрактометра ювелиры пользовались только шкалой Мооса. При этом они вытаскивали драгоценность из оправы, чтоб в дальнейшем поцарапать камень в том месте, в котором не будет видно следов. При этом пользовались эталонными остриями с известными веществами, закрепленными в держатели.

Шкала Мооса хоть и не является абсолютной, все равно популярна и узнаваема среди ювелиров сегодня. Это потому что она понятна не только мастерам, но и их клиентам, легка для запоминания и удобно классифицирует минералы по важному признаку. С ее помощью можно определить, как будет вести себя минерал и насколько бережно нужно с ним обращаться.

Мы знаем, что камни и минералы – это твердые вещества. Но много кто не знает, что их твердость можно определить при помощи специальной шкалы. Создана она была еще в 19 веке минералогом из Германии Фридрихом Моосом и с тех пор носит его имя. Цель создания шкалы Мооса – оценка твердости камней путем механического повреждения одним элементом другого. Таким образом, работает схема «мягче-плотнее» и в процессе выясняется, какая относительная твердость минералов.

Основной принцип

Шкала Мооса содержит 10 минералов и принцип ее работы заключается в том, что каждый элемент в ней своими острыми углами царапает соседний. Для того, чтобы было удобнее, можно на один конец металлической трубки насадить камень, закрепив его на эпоксидной смоле. Затем эталонным минералом проводите по испытуемому камню, царапая его же. Под влиянием острия эталонного камня, проверяемый минерал будет деформироваться, несмотря не его хрупкость. Царапать необходимо стараться осторожными, нерезкими движениями, чтобы избежать каких-либо повреждений образца. Когда твёрдость камня проверена и понятно ее приближенность к нужному стандарту, сделанную царапину нужно аккуратно протереть и рассмотреть под увеличительным стеклом. Это необходимо для того, чтобы наверняка удостовериться, что царапина была сделана.

В наше время начали выпускать специальные карандаши и в них встроили вместо грифелей минеральные стержни, которые и являются составляющими шкалы Мооса. Также для определения твердости различных минералов можно использовать и подручные средства, такие как, карандаш, кухонная соль, монета из меди, гвоздь, стекло, нож из стали, и напильник. В большинстве случаев проверку лучше начинать со стекла, так как его твердый индекс равен середине показателей по шкале Мооса. Но знайте и то, что домашние приспособления и предметы не всегда могут показать правильный результат. Не стоит обходить стороной и тот факт, что во всех случаях проверки на прочность необходимо испытывать только свежую сторону камня.

Раньше определить твердость по Моосу могли только либо коллекционеры драгоценных камней, либо ювелиры. Сейчас же развили искусственное взращивание минералов, например, таких, как кварцевый камень, поэтому проверки по шкале Мооса можно получить не совсем точные. Среди недостатков данного способа можно отметить один – возможность повреждения камня, но преимущество неслабое – нет необходимости в наличие специальной лаборатории и не нужно много тратиться на оборудование.

Шкала твердости Фридриха Мооса рассортировала минералы по такому принципу – те, которые проходят проверку и их показатели превышают отметку 7, являются твердыми камнями. А вот те, которые ниже семи слабые и поддаются стиранию обычной пылью, потому как в составе этой пыли есть микроскопические частицы кварца, а они, в свою очередь по шкале имеют седьмую прочность. Минералы, имеющие показатели ниже семизначной отметки, достаточно скоро тускнеют, полировка их стирается, и очень царапаются при контактах с камнями, которые тверже их.

Существует специальная таблица минералов, по которой можно определить степень твердости по Моосу на царапанье и определить жесткость шлифования по Розивалю. Шкала Розиваля возникла после методики Мооса, которая и была взята за основу. Некие изменения коснулись только замены абстрактных номеров на значения твердости шлифовки. Показатели для этой шкалы получили при помощи такого устройства, как твердометр, где именно он показал измерение прочности камней при шлифовании их абразивами. Но, несмотря на то, что по шкале немецкого минералога можно получить меньшую точность, все же именно она более заманивает к использованию.

При исследовании камня важна не только его плотность, а еще и спайность. Это способность камней раскалываться по направлению своей кристаллической структуры и, таким способом, образовывать гладкие грани. Что интересно, камни могут раскалываться на кристаллики, которые абсолютно разные по форме.

Применение шкалы

Ювелиры уверенны, что необходимо обязательно учитывать при огранке спайность камня, так как он может расколоться и по граням самой этой спайности. Любопытный факт, что такие драгоценные камни как изумруд и аквамарин имеют очень слабую спайность, но это не отменяет того утверждения, что они являются очень хрупкими по своей прочности. Такие же сложности при работе с огранкой имеются и с топазами. У них совершенная спайность, которая строится перпендикулярно в направлении удлинения кристалла. При работе с ними нужно быть предельно осторожными. А вот алмаз имеет свойство распадаться на правильные восьмигранники, которые состоят из таких же правильных восьми треугольников.

Существует специальная таблица наипростейшего определения плотности камней, где можно наблюдать градацию минералов по сравнительной шкале Мооса. Под первым номером в ней размещен тальк, скоблить который можно и ногтем. Затем на ступень выше поднимается гипс, царапать его можно также, как и своего предшественника, указанного выше. Третье место досталось кальциту, прочность которого выявит медная монета. За кальцитом на четвертом месте расположился флюорит и его плотность способен определить и обычный нож. Пятое место за апатитом, в твердости которого удостовериться поможет все тот же кухонный нож, а вот седьмое место досталось ортоклазу, для определения, прочности которого понадобится напильник. Кварц забрал себе восьмое место и поцарапать его может стекло. На девятом месте «засел» корунд, оставив главное место для алмаза по шкале Мооса, как самый почетный и прочный минерал.

Может, кому-нибудь будет еще интересно узнать свойства гранита, который считается одним из самых твердых камней. Он достаточно вынослив и ему не страшны кислотное воздействие, какие-либо атмосферные явления, в том числе и перепады температур, он очень стойко терпит удары. Прочность его по Моосу равняется восьми, а кварцевых частиц в нем насчитывается не так уж и мало – до целых 70%.