Минералогическая шкала мооса. Минералогическая шкала твёрдости, относительная шкала твёрдости минералов, металлов

Для камнерезчика очень важно знать твёрдость обрабатываемых минералов. Почему? Потому что от твёрдости камня в первую очередь зависит трудоёмкость его обработки (сколько времени и усилий будет затрачено на обработку минерала, какой инструмент понадобится, как лучше «раскрыть» камень…).

А для драгоценных камней твёрдость очень важна ещё и потому, что именно твёрдость определяет долговечность самоцвета, от твёрдости зависит долговечность сохранения полировки камня (в таких случаях говорят, что камень «хорошо держит полировку») и его блеск.

Что такое твёрдость минерала и как её измерить

Что такое твёрдость минерала? В минералогии мирно со-существуют несколько определений твёрдости минералов, например, такое: твёрдость камня – это сопротивление, которое оказывает его поверхность при попытке поцарапать её другим камнем или иным предметом.

Для измерения твёрдости минералов делались попытки применить всевозможные методы, основанные на сопротивлении камней царапанию, истиранию, сверлению, деформации поверхности… Но все эти попытки не имели успеха. Нужен был простой, надёжный и всем доступный метод. И вот наконец, чтобы упростить различение минералов по твёрдости, в 1811 г. немецким Моосом (F. Mohs ) была предложена шкала твёрдости, которая широко применяется до сих пор, повсюду и всеми, кто работает с минералами, – геологами, камнерезчиками, ювелирами. Эту шкалу стали называть шкалой твёрдости минералов , или шкалой Мооса .

Кто такой Моос

Моос [Мос] (нем. Mohs ; 29 января 1773 г., Гернроде, Германия – 29 сентября 1839 г., Агордо, Италия) – немецкий и геолог. Учился в Галле и Фрейберге. В 1812 г. стал профессором в Граце, в 1818 г. переехал в Горную академию в Фрейберг, в 1826 г. – в Вену.

Что такое шкала Мооса

Шкала Мооса – это минералогическая шкала твёрдости, набор эталонных минералов для определения относительной твёрдости методом царапания. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастающей твёрдости:

1. Тальк , Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 ; царапается ногтем.

2. Гипс (каменная соль), CaSO 4 2H 2 O ; царапается ногтем.

3. Кальцит (известковый шпат), CaCO 3 ; царапается медной монетой.

4. Флюорит (плавиковый шпат), CaF 2 ; царапается ножом, кусочком оконного стекла.

5. Апатит , Ca 5 (PO 4) 3 (F, Cl) ; царапается ножом, кусочком оконного стекла.

6. Полевой шпат , KAlSi 3 O 8 ; царапается напильником.

7. Кварц , SiO 2 .

8. Топаз , (Al 2 SiO 4 (OH, F) 2 .

9. Корунд , Al 2 O 3 .

10. Алмаз , C ; самый твёрдый минерал.

Как пользоваться шкалой Мооса

Значения шкалы от 1 до 10 соответствуют 10-ти достаточно распространенным минералам – от талька до алмаза. При этом твёрдость минерала по шкале Мооса определяется номером соответствующего минерала-эталона, например, твёрдость талька – 1, алмаза – 10, апатита – 5. Твёрдость испытуемого минерала определяется путём поиска самого твёрдого эталонного минерала, который оставляет царапину на испытуемом минерале; и/или самого мягкого эталонного минерала, на котором оставляет царапину испытуемый минерал. То есть, испытуемый минерал либо царапает эталонный (при этом его твёрдость по шкале Мооса выше/равна эталонному), либо царапается эталонным минералом (при этом его твёрдость ниже/равна твёрдости эталонного минерала). Если минерал оставляет царапину на каком-либо эталонном минерале и сам «царапается» этим минералом, то твёрдость обоих минералов считают одинаковой.

Например, если испытуемый минерал царапается апатитом, а сам оставляет царапину на флюорите, то его твёрдость находится в диапазоне от 4 до 5.

Шкала Мооса очень удобна для практического применения, – для грубой сравнительной (относительной) оценки твёрдости материалов по системе «мягче-твёрже»: номер по шкале Мооса указывает только на порядок в распределении минералов по твёрдости (мягче , тверже , такой же ), но не имеет какого-либо количественного значения. Следует помнить, что величина твёрдости, определяемая с помощью шкалы Мооса, весьма относительна и неточна. Более точное определение твёрдости производится, например, с помощью склерометра.

Для практических («походных») целей можно запомнить, что:

– человеческий ноготь имеет твёрдость по шкале Мооса – 2,5; оставляет царапину на гипсе (и более мягких минералах);

– медная монета имеет твёрдость по шкале Мооса – 3,5; твёрже кальцита, но мягче флюорита;

– кусочек обычного оконного стекла и лезвие перочинного ножа имеют твёрдость по шкале Мооса – 5,5; немного мягче полевого шпата;

Шкала Мооса - 10-балльная шкала, созданная Карлом Фридрихом Моосом в 1812 году, которая позволяет сравнивать твердость минералов. Шкала дает качественную, а не количественную оценку твердости того или иного камня.

История создания

Для создания шкалы Моос использовал 10 эталонных минералов - тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, ортоклаз, кварц, топаз, красный корунд и алмаз. Минералы он разместил в порядке возрастания их твердости, приняв в качестве отправной точки то, что более твердый минерал царапает более мягкий. Кальцит, например, царапает гипс, а на кальците царапины оставляет флюорит, и все эти минералы заставляют крошиться тальк. Так минералы получили соответствующие значения твердости в шкале Мооса: мел -1, гипс - 2, кальцит - 3, флюорит - 4. Дальнейшие исследования показали, что минералы, твердость которых ниже 6, царапаются стеклом, те, твердость которых выше 6 - царапают стекло. Твердость стекла по данной шкале составляет приблизительно 6,5.

Камни, твердость которых больше 6, обрабатываются алмазом.

Шкала Мооса предназначена лишь для грубой оценки твердости минералов. Более точный показатель - абсолютная твердость.

Расположение минералов в шкале Мооса

Минералы в шкале расположены в порядке твердости. Самый мягкий имеет твердость 1, царапается ногтем, например, тальк (мел). Далее идут несколько более твердые минералы - улексит, янтарь, мусковит. Их твердость по шкале Мооса невелика - 2. Такие мягкие минералы не шлифуются, что ограничивает их применение в ювелирном деле. Красивые камни с невысокой твердостью относятся к поделочным, и стоят обычно недорого. Из них часто изготавливают сувениры.

Минералы с твердостью от 3 до 5 легко царапаются ножом. Гагат, родохрозит, малахит, родонит, бирюза, нефрит часто шлифуются кабошоном, хорошо полируются (обычно с применением оксида цинка). Эти минералы не устойчивы к воздействию воды.

Твердые ювелирные минералы, алмазы, рубины, изумруды, сапфиры, топазы и гранаты, обрабатывают в зависимости от прозрачности, окраски, наличия примесей. Звездчатые рубины или сапфиры, например, гранят кабошонами, чтобы подчеркнуть необычность камня, прозрачные разновидности гранят овалами, кругами или каплями, наподобие бриллиантов.

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 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.

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), также относят к полудрагоценным камням. Прозрачные турмалины высокого качества встречаются в природе очень редко, потому и стоят иногда гораздо дороже пиропов и 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.

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.

Промышленное применение

Минералы и горные породы с высокой твердостью находят широкое применение в промышленности. Например, твердость гранита по шкале Мооса - от 5 до 7, в зависимости от количества в нем слюды. Эта твердая горная порода широко используется в строительстве в качестве материала для отделки.

Бесцветные сапфиры или лейкосапфиры, несмотря на высокую твердость и относительную редкость, не пользуются спросом у ювелиров, зато широко применяются в лазерных и других оптических установках.

Практическое применение шкалы

Несмотря на то что шкала твердости Мооса дает только качественную, а не количественную оценку, она широко используется в геологии. С помощью шкалы Мооса геологи и минералоги могут приблизительно идентифицировать неизвестную породу в зависимости от ее подверженности царапанью ножом или стеклом. Почти во всех справочных источниках указывается твердость минералов именно по шкале Мооса, а не их абсолютная твердость.

В ювелирном деле шкала Мооса также широко применяется. От твердости камня зависит способ его обработки, возможные варианты шлифовок и необходимые для этого инструменты.

Другие шкалы твердости

Шкала Мооса - не единственная шкала твердости. Существует несколько других шкал, созданных на основе способности минералов и других материалов сопротивляться деформации. Самая известная из них - шкала Роквелла. прост - он основан на измерении глубины проникновения идентора вглубь исследуемого материала. В качестве идентора обычно используется алмазный наконечник. Стоит заметить, что минералы редко подвергаются исследованию по методе Роквелла, обычно он применяется для металлов и сплавов.

Похожим образом строится шкалы твердости Шора. Метод Шора позволяет определять твердость как металлов, так и более эластичных материалов (каучука, пластмассы).

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).

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

Каждый, кто имел дело с драгоценными камнями, не мог не слышать о шкале Мооса – таблице для измерения твердости минералов. Однако далеко не все знают, что же она собой представляет и как с ее помощью определяют твердость камня.

Автором знаменитой таблицы, созданной в 1811 году, был немецкий геолог и минералог девятнадцатого века Карл Фридрих Моос. Суть его методики – определение твердости с помощью эталонных минералов методом царапанья. Если эталон царапает исследуемый минерал, то этот минерал находится ниже по шкале Мооса (мягче эталона), если исследуемый минерал сам царапает эталон, то он, соответственно, выше по шкале, то есть тверже.

Если камни могут оставить царапины друг на друге, то по шкале Мооса их твердость одинакова. В качестве эталонов ученый выбрал десять наиболее распространенных минералов, каждый из которых занимает одно деление в шкале. Ниже приводится перечень этих минералов в порядке увеличения их твердости (цифра в скобках – твердость эталона по шкале Мооса):

Тальк (1). Самый мягкий эталон. Используется как детская присыпка, находится в составе косметических средств и некоторых таблеток, широко применяется в резиновой промышленности (внутри перчаток, велосипедных шин для уменьшения трения). Одной с ним твердости также графит.

Гипс (2). Широко применяется в медицине и строительстве (в основном для декоративных элементов). Разновидностью гипса является алебастр.

Кальцит (3). Этот минерал входит в состав мела и известняка.

Флюорит (4). Иначе называется плавиковый шпат. Используется в ювелирной промышленности, а также в металлургии для производства легкоплавких шлаков.

Апатит (5). Используется для производства фосфора, фосфорных удобрений и фосфорной кислоты.

Ортоклаз (6). Другое название – полевой шпат . Служит для производства электрокерамики и фарфора.

Кварц (7). Наиболее часто встречающийся минерал на земле. Самый известный «облик» кварца – обыкновенный песок. Разновидностями кварца являются такие драгоценные камни, как аметист, агат, кошачий глаз, цитрин, горный хрусталь и др. Помимо этого используется для изготовления стекла и керамики.

Топаз (8). Используется в ювелирной промышленности.

Корунд (9). Разновидности корунда – сапфир и рубин.

Алмаз (10). Самый твердый минерал. Удивительно, но и алмаз, и графит (находящийся на первой ступени шкалы Мооса) – это химический элемент углерод.

Минералы, находящиеся в таблице ниже 7-ой ступени, считаются мягкими, выше – твердыми.

Конечно, такое определение твердости очень грубо и относительно, кроме того, существуют и более точные методики (например, с использованием склерометра). Однако шкала Мооса очень удобна в практическом применении: сравнивая материалы по системе «мягче – тверже», ювелиры выясняют, чем их обрабатывать. Дополнительное практическое удобство – определение твердости, так сказать, «вручную», с помощью самых простых предметов.

Например, твердость человеческого ногтя – 2,5 (может поцарапать гипс и более мягкие минералы), медная монета – 3,5, гвоздь – 4, стекло – приблизительно 5, лезвие ножа – 6, напильник – около 7. Используя тот же напильник, можно отличить, к примеру, изделия из кварца (а многие драгоценные камни, как было сказано выше, являются разновидностями кварца и по шкале Мооса их твердость одинакова) от более «мягких» подделок из стекла. Естественно, для подобных экспериментов лучше вынуть камень из оправы и стачивать его боковую поверхность, чтобы потом легко закрыть поцарапанное место.