Твёрдость алмаза по шкале мосса. Что такое шкала Мооса

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%.

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:

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.
Алмазный эталон вполне можно заменить сделанным из эльбора, т. е. нитрида бора.
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.
Разные плоскости одного и того же кристалла могут иметь различную прочность. Такие особенности характерны для кианита.
Проверять драгоценные камни в ювелирных изделиях нужно с особой осторожностью, чтобы не испортить их. Лучше всего это делать со стороны оправы.

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.

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;

Набор эталонных минералов, которые определяют относительную твёрдость с помощью царапания, называется шкалой Мооса (шкала твердости в минералогии). Эталонами являются 10 минералов, которые располагаются по порядку возрастающей твёрдости. В состав шкалы входят 10 эталонов твёрдости: 1 - тальк; 2 - гипс; 3 - кальцит; 4 - флюорит ; 5 - апатит; 6 - ортоклаз; 7 - кварц; 8 - топаз; 9 - корунд; 10 - алмаз.

Минералы, имеющие твердость ниже 7 - мягкие, а те, у которых выше 7 - твердые. В целом твердость у главной массы природных соединений колеблется от 2 до 6. В 1811 году шкалу твердости предложил немецкий минеролог Фридрих Моос.

Твёрдостью камня является сопротивление, которое происходит на его поверхности, когда по нему царапают иным камнем или каким-то предметом; твердость заключается в мере связности структуры атомов вещества. В зависимости от того, в каком направлении производится царапание, твёрдость камня изменяется. От остальных минералов кианит отличается большим диапазоном твердости. Изменение его твердости от 5 до 7. В одних направлениях его можно поцарапать ножом, а в других нельзя.

Значению шкалы от 1 до 10 соответствуют десять известных минералов – начиная с талька и заканчивая алмазом . Чтобы определить твердость минерала, выбирают самый твёрдый эталон, который он поцарапает или самый мягкий, который сможет поцарапать определяемый материал. К примеру, если минерал царапает кварц , но не ортоклаз, то он имеет твёрдость в диапазоне от 6 до 7.

Промежуточную степень твёрдости у камня показывают в виде дробей. Так, число 8 1/2, которое относится к хризобериллу, означает, что топаз царапается им почти так же, как его царапает корунд . Гранат имеет твердость более высокую, чем у кварца (7) и немного ниже, чем у берилла (7 1/2), поэтому твердость его обозначают как 7 1/4.

Важно то, что минералы порошковатых, скрытокристаллических и тонкопористых разностей имеют ложную малую твёрдость. Например, у такого минерала как гематит , когда он находится в кристаллах, твердость равна 6, а когда в красной охре, меньше 4.

Люди, обладающие алмазным перстнем в курсе того, что алмаз может легко поцарапать стекло. С помощью алмаза стекло даже режут. Если для царапания стекла использовать другие драгоценные камни, то можно обнаружить, что и они могут царапать его, но не с такой легкостью. Топаз может царапать стекло, но на нем остаются царапины от корунда, который подвергается царапанию самого твердого минерала, которым является алмаз. На ювелирном рынке очень ценят серьги и кольца, сделанные из твердых самоцветов.

Сложности процесса полировки и огранки образцов одного и того же минерала, найденного в разных местах, имеют отличия друг от друга. Говорят, что алмазы из Нового Южного Уэльса и Калимантана имеют значительно большею твердость, чем алмазы с Южной Африки и с других мест, а также и то, что при их огранке бывают трудности. У цейлонских сапфиров твердость больше, чем у рубинов , а у кашмирских сапфиров меньше.

Шкала Мооса предназначается, как грубая сравнительная оценка твёрдости материалов, согласно системе твёрже-мягче. Определяемый материал или царапается эталоном, что значит, что твердость его меньше по шкале Мооса, либо сам царапает эталон, а это значит, что твёрдость его выше. Таким образом, шкала Мооса определяет только относительную твердость.

Кроме шкалы Мооса, существуют так же и другие способы определения твёрдости минералов, но разновидности шкал твёрдости нельзя однозначно соотносить друг с другом. Путем практики принято несколько систем измерения твёрдости, имеющих более точную систему измерения, но ни одна из них не может покрыть весь спектр шкалы Мооса.

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:

Тальк (графит).
Гипс (хлорид, галит).
Кальцит (золото, серебро).
Флюорит (доломит, сфалерит).
Апатит (гематит, лазурит).
Ортоклаз (опал).
Кварц (гранат, турмалин).
Топаз (берилл).
Корунд.
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.