Фридрих Моос разработал 10-ступенчатую шкалу твердости для различных пород. Он зафиксировал 10 минералов с эталонной твердостью. Чем ниже стоимость, тем менее прочен драгоценный камень, тем легче его добывать и огранять, и тем больше времени занимает работа.
Шкала твёрдости минералов: определение прочности по Моосу
Шкала твердости Мооса или минералогическая шкала основана на эталонных минералах по шкале относительной твердости от 1 до 10. Качественный порядок твердости минералов, включенных в эту шкалу, определяется путем подсчета баллов. Механическая способность более твердых материалов царапать более мягкую породу определяет относительную твердость минералов данного типа.
10 минеральных элементов Мооса показаны в качестве ориентиров и расположены в порядке возрастания, чтобы можно было четко определить, какой минерал тверже. Тальк, например, находится в верхней части таблицы и считается самым мягким минералом на шкале. На другой стороне шкалы находится алмаз, который занимает верхнюю или 10-ю позицию по шкале Мооса и не имеет аналогов в природе.
Создание и предназначение шкалы Мооса в современной практике
Система была разработана в начале 19 века немецким геологом, минералогом и изобретателем Фридрихом Моосом. С тех пор в геологии было разработано множество других методов определения значений твердости, включая шкалы твердости Кнупа, Бринелля, Виккерса и Роквелла.
Минералы по шкале Мооса, которая определяется твердостью, распределяются в соответствии с относительными целочисленными сравнениями. Это сравнение основано на устойчивости образца к царапинам. Существуют общие методы, использующие глубину проникновения в качестве компаратора.
В этих методах исследования в качестве инструмента для испытания на проникновение используется тестер на тестовом куске минеральной породы. Во время этого процесса производится детальное измерение силы сжатия. Значения твердости могут быть рассчитаны по полученным размерам вдавливания и глубине вдавливания по отношению к приложенной силе.
Однако в этих измерительных процедурах используется различное испытательное оборудование и методы расчета. Поэтому прямое сравнение значений, определенных для разных минералов в разных условиях, не является прямо сопоставимым.
Таким образом, шкала Мооса получила более широкое распространение — сам метод проще и дешевле в использовании и легче для понимания. С другой стороны, этот тип измерения не может обеспечить наивысшую степень точности. Тем не менее, это важно для современных геологов, работающих в поле.
Он часто используется для первичного определения типов минеральных пород при исследовании образцов, взятых в полевых условиях, когда более сложные тесты затруднены или невозможны. По этой причине результаты определения твердости по Моосу обычно называют результатами определения относительной твердости.
Как определить твёрдость минералов, используя шкалу Мооса?
Часто бывает необходимо определить природу минералов в полевых условиях, т.е. когда отсутствуют специальные лабораторные условия и подходящее оборудование. Для этого геологу нужна только шкала Мооса и несколько простых инструментов, пригодных для нанесения надписей.
Например, карманный нож можно использовать для определения принадлежности образца минерала к менее твердым или более твердым породам со значением твердости по Моосу 5-6. В таблице ниже приведены некоторые практические предметы и их значения твердости, которые могут помочь нам определить относительную твердость минерала и, следовательно, его тип:
| Материал | Твердость |
| Карандаш | 1 |
| Поваренная соль | 2 |
| Монеты (медь) | 3 |
| Коготь | 4-4,5 |
| Стекло | 5 |
| Ножи — стальные напильники | 5,5-6,5 |
| Режущие инструменты из закаленной стали | 7 — 7+ |
| Стеклянная бумага | 8 |
| Реверсивный образец (образец способен гравировать/резать стекло) | 9-10 |
Для практических целей также полезно знать, что коготь может оставить царапину на гипсовой поверхности и образцах, которые не такие твердые, как гипс. Твердость стального ножа близка к твердости природного кварца, и им можно легко поцарапать стекло.
Некоторые разновидности драгоценных камней приближаются к твердости кварца. С помощью напильника можно отличить этот камень от стекла.
Если камень имеет твердость не менее 7 по шкале Мооса, то на практике это означает, что он не может поцарапать кварц, так же как кварц не может поцарапать этот камень.
В этой системе измерения твердости минералов существуют промежуточные значения, например, 6,5, 7,5 и т.д. Хирозоберилл имеет твердость 8,5. Это означает, что стандарт может поцарапать топаз примерно так же, как и корунд. С другой стороны, пиритовый гранат не намного тверже кварца (7), но немного хуже бериллия (7,5). Однако его твердость также обозначается цифрой 7,5.
Тальк
Твердость по Моосу: 1 Химическая формула: MgSi4O10 (OH) 2 Абсолютная твердость: 1.
Тальк — это минерал, состоящий из силиката гидрида магния. В шкале 10 самых твердых минералов тальк занимает первое место по шкале твердости Мооса. Только цезий, рубидий с твердостью 0,2-0,3 и литий, натрий и калий с твердостью 0,5-0,6 мягче талька. Это распространенный метаморфический минерал в метаморфических зонах запада США, западных Альп и Гималаев.
Гипс
Твердость по Моосу 2 Химическая формул а-CaSo4 2H2O Абсолютная твердость 3
Гипс — это сульфатный минерал, состоящий из дигидрата сульфата кальция. Его можно использовать в качестве удобрения. Различные формы гипса основаны на древних скульптурах из Месопотамии, Древнего Рима и Византийской империи. Орбитальные снимки, сделанные аппаратом Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), показывают существование гипсовых дюн в крайнем северном регионе Марса. США, Бразилия и Индия входят в тройку стран с самыми крупными месторождениями гипса в мире. Тофу (соевый творог) также широко используется в качестве кондиционера почвы.
Кальцит
Твердость по Моосу — 3 Химическая формула — CaCO3 Абсолютная твердость — 9
Кальцит относится к группе карбонатных минералов и является наиболее устойчивым полиморфом карбоната кальция. Кальцит является распространенным компонентом осадочных пород, обычно образующихся из мертвых морских организмов. Его твердость составляет 3 балла по шкале Мооса, а удельный вес — 2,71 балла. Примечательной природной структурой кальцита является пещера Сноу-Ривер в округе Линкольн, штат Нью-Мексико.
Плотность пород
Минералоги определяют тип породы по ее плотности и твердости. Второй метод, предложенный Ф. Моосом, используется при раскопках месторождений.
Тип породы определяется путем последовательной оценки твердости, блеска, поверхности излома, окраски, следов цвета (минеральной пыли) и других свойств.
Плотность камня — это отношение его веса к весу воды того же объема. Он определяется в лабораториях путем гидростатического взвешивания или погружения в тяжелую воду (насыщенную жидкость HgI2BaI2).
Плотность оценивается по 20-балльной шкале. Камни со значением 1 и 2 всегда находятся на поверхности, а камни со значением более 10 — глубоко в залежах. К последним относятся алмазы, сапфиры и рубины, корунд и другие ценные минералы.
Твердость камня — это степень его устойчивости к механическому износу. Чтобы выяснить это, минерал вытравливают, прессуют или выдавливают на небольшой поверхности.
От чего зависит твердость камня?
- спайность кристаллов;
- внутренняя целостность минерала;
- процент кварца;
- вид вторичных примесей;
- происхождение камня (как он формировался).
Более твердые камни — это те, в которых кристаллы расположены более свободно, имеют больше свободных примесей или трещин или других дефектов внутри. Метод Мооса используется для определения приблизительной спайности, разновидности и твердости драгоценного камня.
Сравнивая относительные значения по шкале Мооса с найденными минералами, геологи могут найти наилучший способ добычи породы. Ювелиры используют те же значения для выбора режущих и полировальных инструментов. Продавцы и покупатели полудрагоценных камней могут определить подлинность, долговечность и уход за камнем.
Как определить твёрдость минералов, используя шкалу Мооса?
Часто бывает необходимо определить природу минералов в полевых условиях, т.е. когда отсутствуют специальные лабораторные условия и подходящее оборудование. Для этого геологу нужна только шкала Мооса и несколько простых инструментов, пригодных для нанесения надписей.
Читайте также: как и чем чистить бронзу и латунь в домашних условиях, выбор средств.
Например, карманный нож можно использовать для определения принадлежности образца минерала к менее твердым или более твердым породам со значением твердости по Моосу 5-6. В таблице ниже приведены некоторые практические предметы и их значения твердости, которые могут помочь нам определить относительную твердость минерала и, следовательно, его тип:
Таблица со шкалой сравнения
Сравнение значений твердости, определенных различными методами, с таблицей Мооса полезно для практического применения камней. Абсолютные значения твердости определяются по другим маркам, а сравнение критериев показано в таблице.
| Минералы и горные породы | Классификация твердости по Моосу | По данным Шрайнера, МПа | Твердость по Кнупу, единицы | Жесткость помола в воде по Розивалю | Твердость согласно PMT-2, PMT-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 твердости гранита кроется в его сложном минералогическом составе, основные составляющие которого, кварц и слюда, относятся к разным классам, а именно 7 и 2. Их количественное соотношение определяет свойства породы.
Шкала твердости Мооса также используется для сравнения твердости металлов, что особенно полезно при выборе оправы для драгоценного камня.
| Имя | Tenecdenium | Золото, серебро | Медь, Бронза | Никель | Платина | Палладий | Титан | Вольфрам |
| Цена занятия | 1,5 | 2,5-3 | 3 | 4 | 4,5 | 4,7 | 6 | 7,5 |
В таблице показано, какие металлы могут травить другие металлы. Это необходимо учитывать при совместном хранении ювелирных изделий.
Классификация природных камней по твердости
Твердость эталонных минералов приведена в таблице Мооса. Виды с одинаковой твердостью отличаются по внешнему виду и физико-химическим свойствам.
Алмаз имеет наивысшую оценку «10», его невозможно поцарапать ничем. Сапфиру и рубиновому корунду присваивается оценка «9». Их можно обрабатывать только алмазными инструментами.
Если драгоценный камень можно просверлить арматурным сверлом, то это александрит, хризоберилл и другие породы с индексом менее 8,5. Повреждение стального гвоздя указывает на возможный сорт ниже кварца с индексом «7».
Нож из углеродистой стали не повредит ортоклаз, но поцарапает монацит, малахит, слюду и другие минералы с классом менее 5,5. Кальцит проверяется кончиком медной монеты. Гипс и тальк — самые мягкие горные породы. Их можно поцарапать ногтем.
Список драгоценных камней с промежуточным индексом:
| Минералы за пределами шкалы Мооса | Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных значений шкалы Мооса | Фрактальное значение |
| Мойсанит | 9,5 | 9 ½ |
| Неограненные камни, холит, александрит, хризоберилл | 8,5 | 8 ½ |
| Вольфрам, ганит, аквамарин, шпинель, изумруд, пейнит, бериллий | От 7,5 | С 7 ½ |
| Циркон, сапфир, андалузит | 7,5 | 7 ½ |
| альмандин, данбурит, турмалин, борацит, кордиерит | До 7,5 | До 7 ½ |
| Пирит, гранит, жадеит, яшма | 6,5 | 6 ½ |
| Монацит | 5,5 | 5 ½ |
| Малахит, халькопирит, доломит | 3,5 | 3 ½ |
| Киннавар, янтарь, висмут, хлорит, слюда | 2,5 | 2 ½ |
| Графит | 1,5 | 1 ½ |
По шкале Мооса образцы делятся на мягкие, средне-твердые и твердые минералы. К первой категории относятся графит, гипс, тальк, киноварь, слюда и другие породы с классификацией ниже третьей. Ко второй группе относятся породы с классификацией 3-6. Остальные считаются самыми крепкими. Плотность драгоценных камней имеет значение 8. Это топаз, сапфир, рубин и алмаз.
Для обзора темы:
Шкала Мооса для минералов
Шкала, предложенная Карлом Моосом, позволяет отнести минерал к определенной категории и сравнить его с другими. Важно знать, что это относительная твердость, а абсолютную твердость можно измерить только с помощью твердомера.
Понятие твёрдость минерала
Твердость минерала — это научный термин, описывающий его устойчивость к проникновению другого твердого тела.
Принцип работы по шкале
Если вы знаете, как пользоваться весами, вы можете легко сделать вывод о качестве найденного вами материала.
Например, геолог во время своей работы находит самородок. Помимо внешних признаков, он может определить твердость камня, проведя по нему лезвием ножа. Если не остается ни одной царапины, то оценка выше 6. Затем мы разрушаем стекло камнем и в зависимости от результата присваиваем значение твердости камня.
Возможность определения класса минерала подручными средствами
В настоящее время геологи, археологи и минералоги очень активно занимаются определением твердости минералов по шкале Мооса. Литологи определяют пригодность породы для добычи соответствующего минерала.
Например, твердость гранита составляет 5-7 единиц по шкале Мооса, что означает, что с ним можно обрабатывать многие самородки. При отсутствии ссылки используются подходящие материалы.
| Твердость | Ссылка |
| 1 | Карандаш из простого карандаша |
| 2 | Каменная соль |
| 2-2,5 | Коготь |
| 2,5-3 | Твердость золота по шкале Мооса |
| 3,5 | Медная монета |
| 4–5 | Коготь |
| 5,5 | Стекло |
| 6 | Нож |
| 6,5 | Напильник (сталь) |
| 7 | Установка (закаленная сталь) |
| 8 | Минеральные повреждения стекла |
| 9-10 | режет стекло |
Замечания
Шкала может дать только приблизительную оценку прочности материала и может сравнивать только образцы.
Непостоянная величина
Шкала, разработанная Моосом, не учитывает слоистую структуру некоторых пород и различия в спайности между породами. По этой причине значения твердости могут отличаться между различными участками одного и того же минерала.
Это важно: даже направление нанесения царапин может повлиять на конечный результат. Твердость обсидиана, например, колеблется между 5 и 5,5 в зависимости от различных состояний минерала.
На индекс влияют примеси в драгоценном камне и изменения в ориентации кристаллической решетки.
Между целыми числами
Не каждый минерал относится к строго определенной группе. Драгоценные камни имеют дробный индекс. Например: агат имеет твердость по Моосу 6,5, поэтому он разрушит ортоклаз, но следующий эталон, кварц, также вытравит агат.
