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
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.
Более двухсот лет геммологи всего мира пользуются шкалой грубого разграничения твердости минералов. Составленная в 1811-м году немецким ученым Фридрихом Моосом (Carl Friedrich Christian Mohs, 1773-1839), она не утратила актуальности до сих пор. Принцип сравнительного определения твердости пород оказался на редкость удобным. Даже далеко не эталонные параметры человеческого ногтя нашли применение в таблице.Следует признать, что метод выявления устойчивости любого минерала к процарапывынию для установления показателей его твердости и прост, и остроумен. Моос предложил взять десять весьма распространенных пород – от самой мягкой до самой твердой – и расположить их в таблице так, чтобы с нарастанием номера возрастала степень прочности межмолекулярных связей минерала, понимаемая наукой как твердость.
Естественно ожидать, что самый мягкий минерал (тальк) не в состоянии оставить царапину ни на одном из более прочных материалов. Самый твердый – алмаз – прорезает след на любом из камней естественного происхождения.
Диагностируемый минерологом камень может быть испытан процарапыванием любым из эталонных образцов – что позволяет определить относительную и предположить (пусть и весьма приблизительно) абсолютную твердость породы.
К примеру, зеленый прозрачный минерал, царапаемый топазом, и оставляющий след на кварце, вполне может оказаться бериллом. Камень, похожий на изумруд и найденный на Урале, при проверке не способен процарапать горный хрусталь, зато оставляет след на ортоклазе. Значит, это – хризолит.
Несмотря на условность и несовершенство подобной классификации (многие минералы характеризуются твердостью достаточно широкого диапазона), таблица Мооса прижилась как удобное прикладное средство диагностики камня.
Для геммологов подобные характеристики обрабатываемых материалов оказались ключевыми: твердость драгоценного камня – показатель его устойчивости к абразивному износу, определяющий сферу практического использования кристалла.
Список минералов, использованных Моосом для построения таблицы эталонов твердости, остался неизменным, однако к нашему времени дополнился аналогами, помогающими диагностировать испытуемые образцы:
- . Тальк наиболее мягкий минерал, абсолютная твердость (определяется инструментальным методов в лабораторных условиях) равна единице. Поддается процарапыванию ногтем (твердость около 2,5 единиц). Сходными параметрами обладает .
- . Гипс более чем вдвое тверже талька, однако почти так же легко процарапывается ногтем. Слюда, кристаллы поваренной соли, некоторые другие хлориты характеризуются подобным уровнем твердости.
- . Он же известковый шпат, почти втрое превосходит слюду по твердости, и уже не поддается ногтю. Зато его без затруднений царапает стальное лезвие перочинного ножа (твердость около 5,5 единиц), а также медь и ее сплавы. Благородные металлы – червоное золото, чистое серебро, а также слоистый биотит тверды в той же мере, что и кальцит.
- . Или плавиковый шпат, поддается стальному резцу и осколку стекла, но более чем вдвое превосходит твердостью предыдущий эталонный минерал. Сходной твердостью (но меньшей эстетической выразительностью самоцветных камней) характеризуются доломит и сфалерит.
- . Апатит, востребованный ювелирной промышленностью самоцвет, процарапывается не всякой сталью. Он в два с лишним раза тверже флюорита. Оконное стекло оставляет малозаметную царапину на поверхности апатита. Строго блестящий гематит и ослепительно синий лазурит столь же тверды, как и апатит.
- . Ортоклаз, он же полевой шпат, примерно вдвое более тверд, нежели апатит. Ортоклаз уже сам царапает стекло, и поддается только твердосплавным сталям. Опал и часто врастающий в кристаллы рутил характеризуются твердостью ортоклаза.
- . Кварц в полтора раза тверже ортоклаза. Обрабатывать кварц можно корундами и алмазом. Оцвеченная разновидность окиси кремния – гранат – и двуцветный турмалин не менее тверды, чем горный хрусталь (то есть кристаллический кварц).
- . Топаз один из весьма твердых самоцветов. Он вдвое тверже кварца, и сходен по твердости со шпинелью и аквамарином.
- . Корунд вчетверо более тверд, чем топаз. В одном ряду с корундом стоят карбид вольфрама (в последние годы ювелиры научились делать из этого материала впечатляющие мужские кольца), сапфиры, рубины.
- . Алмаз чемпион твердости среди минералов природного происхождения. Он вчетверо тверже корунда, и даже теоретически приближается к пределу возможной твердости для любых материальных объектов.
Практикующему минерологу полезно иметь в арсенале инструментов набор эталонов Мооса, вмонтированных (для удобства пользования) в металлические трубчатые оправы. Без самого дорого элемента шкалы – алмаза – можно и обойтись, заменив его эльбором, искусственным материалом, по твердости близким к природному алмазу.
Диагностику материалов следует проводить аккуратными короткими движениями эталонных образцов по плоской (и желательно гладкой) поверхности. Нанесенные царапины необходимо рассматривать при оптическом увеличении: невооруженный глаз не всегда в состоянии отличить, какой именно из испытуемых материалов раскрошился, а какой уцелел.
Поскольку основная масса минералов естественного происхождения обладает твердостью в диапазоне от 2-х до 6-ти единиц, проверку полезно начинать с процарапывания исследуемого образца апатитом или стеклом (твердость 5).
Нужно иметь в виду, что различные плоскости кристаллов одного минерала в некоторых случаях могут обладать различными показателями твердости (таков, в частности, кианит) – что само по себе является характерным диагностическим признаком.
Отдельные материалы, структура которых отлична от кристаллической, могут давать ложные результаты исследования. Гематит, находимый в агрегатном состоянии красной охры, может показаться менее твердым, чем есть на самом деле.
Проверка ювелирных вставок, проводимая с целью определения подлинности камня, должна затрагивать участки камня, скрытые от наблюдателя оправой. Оставляя царапину на видимой грани драгоценного камня, можно испортить дорогое изделие!
Справедливости ради нужно отметить, что попытки создать еще более подробную шкалу относительной твердости минералов предпринимались и после Мооса – однако настоящий успех пришелся на долю универсальной шкалы относительной твердости, созданной Карлом Фридрихом Моосом.
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).
| 1 - Тальк | 2 - Гипс | 3 - Кальцит | 4 - Флюорит | 5 - Апатит |
| 6 - Ортоклаз | 7 - Кварц | 8 - Топаз | 9 - Корунд | 10 - Алмаз |
Лит.:
Шкала Мооса создана в 19-ом веке. Измеритель назван по фамилии своего создателя. Имя же его – Карл Фридрих Кристиан.
Оно указывает на происхождение ученого. Немец учился в Гелле. Университет там основали еще в 17-ом столетии. Однако, Моос не ограничился родиной.
Ездил грызть гранит науки так же во Францию и в Англию. Грыз гранит Карл, иногда, в прямом смысле. Специализация ученого – минералогия, геология.
Мужчина увлекся измерением твердости камней. Для этого и царапал их, и на зубок пробовал. В итоге, создал шкалу. Узнаем, что она из себя представляет.
Что такое Шкала Мооса
Геологи знают, что шкала твердости Мооса выглядит, как ящичек. Из чего он сделан, неважно. Важно количество отсеков, их 10.
Дополнительных делений, как на градуснике, линейке, иных измерителях, нет. Отсеки пронумерованы, в них лежат образцы минералов.
Это эталоны твердости, камни, крепость которых исчисляется в целых долях. Под цифрой один – образец с твердостью 1, а под цифрой 10 – минерал с твердостью 10 баллов.
Какие минералы входят в шкалу Мооса
Шкала Мооса . Википедия и другие источники описывают ее одинаково. Порядок установлен изначально, еще в 18-ом веке.
Тогда применение первого минерала в списке было не столь широко. Тальк стал активно применяться с появлением резины.
Камень помещают в шины, перчатки, прочие вещи, в которых резиновые поверхности трутся друг об друга. Это изнашивает материал.
Приостанавливает процесс посыпка тальком. Имея твердость всего в один балл, он крошится при малейшем нажатии, превращаясь в детскую присыпку, косметические средства, таблетки. Есть даже пищевая добавка на основе талька — E553b.
Вторую позицию занимает гипс. В натуральном виде, без термической обработки он мягок, как графит а карандашах.
Кстати, твердость графита так же 2 балла. Такой же показатель и еще у пары минералов – галита и хлорита.
Но, в шкалу резонно поместили общеизвестные, распространенные камни, чтобы не было сложности в их приобретении.
К тому же, так измеритель понятен широким массам, а не только геологам. Твердость алюминия по шкале Мооса тоже 2 балла. Но, алюминий металл, а в таблице лишь минералы.
Твердость минерала по шкале Мооса определяется тем, какой из камней царапает образец, и какие, напротив, царапают его. Так вот, кальцит оставляет черту на гипсе.
Поэтому, карбонат кальция стоит на 3-ей позиции. На нее могли поставить и золото, или серебро. Но, кальцит распространеннее в природе и стоит копейки.
Шкала Мооса – таблица , на 4-ю строку которой помещен флюорит. Название камня переводится, как «текучий». Флюорит используют в качестве добавки к металлургическим смесям.
Минерал делает из лекоплавкими. Второе название флюорита – плавиковый шпат. Он является составной плавиковой кислоты. Она разъедает стекло. Так что флюорит в каком-то смысле тверже кварца – основной составляющей стекла.
Середнячок шкалы – апатит. Название камня значит «обманщик». Греческое имя дано камню из-за многообразия его форм. Они вводят в заблуждение начинающих геологов.
Те принимают апатиты то за бериллы, то за турмалины. Но, в одном минерал не обманывает. Его твердость всегда равна 5 баллов.
№6 – ортоклаз. Твердость камней по шкале Мооса – точный показатель. Близкими обладает опал. Крепость его разновидностей разнится.
Встречаются образцы с твердостью 5,5, бывают 6-бальные камни, а бывает и крепость в 6,5 баллов. Ортоклаз же постоянен. Используют его в производстве электрокерамики и фарфора.
7-я отметка шкалы отдана кварцу. Он самый распространенный минерал. Аметист, топаз, цитрин, горный хрусталь, кошачий глаз, — все это разновидности кварца. У всех них одна эталонная твердость. Примерно такая же твердость стекла по шкале Мооса .
Но, стекло не минерал. К тому же, кварц все же царапает оконные поверхности, уступающие ему десятые доли балла.
Так что, стекло по шкале Мооса имеет твердость около 6,5-6,7. К слову, на этой же позиции находится гранит по шкале Мооса .
Крепче кварца топаз. Ему отдана 8-я строчка. До появления шкалы полудрагоценный минерал иногда путали с алмазами. У топаза есть бесцветная, прозрачная разновидность.
Такой кристалл вставлен в корону правителей Португалии. Изготавливали головной убор в 17-ом столетии.
Мастера не догадались провести по лже бриллианту настоящим алмазом, дабы раскрыть природу двойника.
Царапает топаз и корунд. Его твердость – 9 баллов. Такую имеет и керамогранит . Твердость по шкале Мооса разнится с обычным гранитом из-за термической обработки.
Ну, да вернемся к корунду. Его разновидности – сапфир и рубин. Из не ювелирных образцов камня делают наждачную бумагу.
Добавляют минерал и в огнеупорные смеси. Температура плавления корунда превышает 2000 градусов Цельсия.
Алмаз по шкале Мооса рекордсмен. 10-бальной твердостью не может похвастаться ни один другой минерал в мире. Он в 1600 раз крепче талька, с которого начинается таблица.
Интересно, что химическая формула бриллиантов идентична составу графита, того самого, что ломается в карандашах.
Твердость алмаза по шкале Мооса – итог преобразования структурной решетки в недрах земли под действием давления и температур.
Практическое применение шкалы Мооса
Зная твердость гранита по шкале Мооса , или иных материалов, мастера ориентируются чем их обрабатывать.
Проверка крепости с помощью проведения черт помогает с точностью определить природу образца. Многие кристаллы схожи внешне.
Чего стоит одна только история про «алмаз» в короне монархов Португалии. Расставить точки над «и», понять, сколько просить за камень, сколько он прослужит, как его полировать помогает шкала Мооса . Аллюминий , как и десятки других металлов, пород, минералов в таблице не указаны.
Но, их показатели в соответствии со шкалой, изучены. Их можно найти в отдельных таблицах и рейтингах, размещенных в интернете и специальных изданиях геологической тематики.
