Галит твердость по шкале мооса. Характеристики и определение твердости камней по шкале мооса

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).

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.

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%.

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.