что такое твердость камня

Шкала твердости Мооса

Шкала Мооса (минералогическая шкала твёрдости) представляет собой качественную порядковую шкалу, характерезующую стойкость различных минералов к царапанию. Используется для определения относительной твердости образцов минералов.

Основана на способности более твердого материала царапать более мягкий материал.

Шкала содержит 10 минералов в качестве эталонных, упорядочивая их в порядке возрастания твердости от очень мягкого (тальк) до очень твердого (алмаз).

Все минералы из таблицы, кроме алмаза, относительно распространены и их легко или недорого получить.

Если минерал царапет эталон, значит его твердость — выше, если он царапается эталоном — ниже.

Шкала Мооса создана в 1812 году и названа в честь изобретателя немецкого геолога и минеролога Фридриха Мооса. С тех пор было изобретено множество различных методов определения твердости: метод Бринеля, Кнупа, Роквелла, Шора, Виккерса.

Определение твердости по Моосу — это относительное целочисленное сравнение устойчивости к царапинам.

Другие методы измерения твердости оперируют устойчивостью к вдавливанию. Для испытаний используется «Индентор» который вдавливается в исследуемый образец с тщательно измеренной силой. Затем размер или глубина выемки на образце и величина силы используются для расчета значения твердости. Поскольку в каждом из этих тестов используются разные аппараты и разные расчеты, их нельзя сравнивать напрямую друг с другом.

Шкала Мооса получила широкое распространение т.к. метод определения твердости прост в исполнении, недорог и люди быстро его понимают.

Несмотря на недостаточную точность, шкала актуальна для полевых геологов, которые используют её для грубой идентификации минералов когда исследуются легко идентифицируемые образцы или когда нет возможности использовать более сложные тесты.

Ниже представлена расширенная таблица веществ, минералов, драгоценных камней:

© 2014-2021 Все права на материалы, находящиеся на сайте, охраняются в соответствии с законодательством РФ.

Источник

Что такое шкала Мооса: таблицы твердости и плотности минералов, суть простого метода

Шкала Мооса (или Моса) предложена геологом Фридрихом Моосом (Carl Friedrich Christian Mohs). С ее помощью легче определять видовую принадлежность минерала в полевых условиях.

Плотность пород

Минералоги выясняют вид камня по плотности и твердости. На раскопках залежей используют второй способ, предложенный Ф. Моосом.

Разновидность камня выясняют последовательной оценкой его твердости, блеска, поверхности разлома, окраса, цвета черты (минерального порошка), других качеств.

Плотность камня ― это соотношение его веса с массой воды такого же объема. Определяется в лабораториях гидростатическим взвешиванием либо погружением в тяжелую воду (насыщенная жидкость HgI2BaI2).

Плотность оценивают по 20-балльной шкале. Камни с показателем 1 и 2 всегда лежат в поверхностных слоях, а со значением выше 10 располагаются в глубине залежей. К последним относят алмаз, сапфировый и рубиновый корунд, другие драгоценные минералы.

Твердость камня ― это степень его сопротивляемости к механическим повреждениям. Для выяснения найденный минерал царапают, сжимают или давят на небольшую площадь.

От чего зависит твердость:

Менее твердые те камни, у которых слабее спаяны кристаллы, больше неплотных примесей, есть внутри трещины или иные дефекты. По методу Мооса оценивают примерную спайность, видовую принадлежность, долговечность самоцвета.

При сравнении показателей относительной шкалы Мооса с найденными минералами геологи понимают, каким способом лучше разрабатывать породу. Ювелиры по этим же значениям подбирают инструменты для шлифовки и огранки. Продавцы и покупатели самоцветов определяют его подлинность, долговечность и способы ухода.

Что такое шкала твердости по Моосу

Фридрих Моос разработал 10-балльную шкалу твердости разных пород. В нее включил 10 минералов эталонной прочности. Чем ниже показатель, тем менее долговечен самоцвет, легче способ его добычи, огранки, трудоемкость работы.

Таблица твердости минералов:

Этими самоцветами проверяют плотность кристаллов. Если они не повреждают поверхность, значит, исследуемый экземпляр либо тверже, либо идентичен эталонному образцу.

Также определяют линейную твердость. Нагрузку на самоцвет делают по траектории одной условной линии пролегания. То есть механически влияют на исследуемую поверхность вдоль, поперек или вглубь кристалла. Значения сверяют не по Моосу, а с абсолютной шкалой.

Показатели шкалы линейной прочности:

Для полевых условий нет принципиальных отличий между шкалами. Алмазы не повреждаются никаким материалом. На тальке и гипсе остаются следы от ногтя. Корунды царапают топаз. Кварц оставляет следы на оконном стекле. Флюорит и апатит проверяют ножом, а кальцит ― медной пластиной или монетой.

Принцип работы со шкалой

Плотность разрабатываемой породы выполняют карандашами Мооса. Это набор 10 эталонных камней. Образцовый минерал с заостренным краем для удобства закреплен в металлическом стержне. Каждый карандаш промаркирован от 1 до 10 в соответствии с твердостью по шкале Мооса (от талька «1» до алмаза «10»).

Особенность работы заключена в механическом воздействии карандаша на исследуемую породу. Камень с высшей твердостью всегда оцарапает образец с меньшей и не повредит самоцвет с более высоким показателем.

Пример 1. Образец с маркировкой «9» повредит самоцветы с плотностью ниже 9 (от топаза до талька). Испытуемый камень кладут на ровную поверхность цельной стороной вверх и с силой царапают эталоном твердости. Если кристалл сохранит целостность, он либо принадлежит к корундам (сапфир или рубин), либо относится к алмазам. Последний не поцарапается ни одним из карандашей.

Пример 2. Испытуемый камень царапают поочередно карандашами с возрастающей нумерацией. Начинают с номера «1», «2» или «3». Твердость определяют по эталонному образцу, который не поцарапал породу.

Классификация природных камней по твердости

Твердость эталонных минералов указана в таблице Мооса. Видовую принадлежность образцов с одинаковым показателем отличают по внешности и физико-химическим свойствам.

У алмаза наивысший балл «10», его невозможно ничем оцарапать. Сапфировым и рубиновым корундам присвоен маркер «9». Обрабатываются только алмазным инструментом.

Если самоцвет можно просверлить сверлом по бетону, это александрит, хризоберилл и другие породы с показателем менее 8,5 баллов. Повреждение стальным гвоздем указывает на возможную принадлежность к породам ниже кварца с маркером «7».

Нож из углеродистой стали не повредит ортоклаз, но оцарапает монацит, малахит, слюду и прочие минералы с показателем менее 5,5. Принадлежность к кальциту проверяют ребром медной монеты. Гипс и тальк ― самые мягкие породы. Они царапаются ногтем.

Перечень самоцветов с промежуточным показателем:

По шкале Мооса образцы делят на мягкие, средние и твердые минералы. К первой группе относят графит, гипс, тальк, киноварь, слюду и прочие камни с баллом ниже трех. Ко второму классу принадлежат породы с показателем 3–6. Остальные считаются самыми прочными. Плотностью драгоценных самоцветов называют значение от 8. Это топаз, сапфир, рубин, алмаз.

К просмотру обзор по теме:

Другие методы определения твердости минералов

Прочность также определяют иными способами. Испытания не по шкале Мооса проводят в лабораторных или полевых условиях.

Профессор Михаил Протодьяконов разделил породы по степени крепости. Метод принципиально отличается от предложенного Моосом. Определяют по трудоемкости при их разработке. По результатам устанавливают категорию плотности.

Другой метод разработал Джеймс Талмедж. Минерал царапают иглой под нагрузкой. Прочность определяют по глубине борозды со сверкой по шкале. Это, как и у Мооса, неточный способ: на разных плоскостях или направлениях цифры нередко отличаются.

Спайку минералов также проверяют микротвердомером. Алмазным острием под нагрузкой давят на камень, затем измеряют глубину отпечатка. Это немного похоже на определение по шкале Мооса.

Ф. Моос разработал удобную шкалу определения твердости минералов в полевых условиях. Но более тщательное изучение камней проводят в лабораториях по методам других исследователей.

А что вы думаете о шкале Фридриха Мооса? Удобно ли вам пользоваться его методом? Пишите отзывы, комментируйте статью и делитесь информацией в соцсетях. Всего доброго.

Источник

Твердость минералов по Шкале Мооса

Шкала Мооса (минералогическая шкала твердости) — набор эталонных минералов для определения относительной твердости методом царапания. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастающей твердости.

Состоит из 10 эталонов твердости: 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 твердости предложена в 1811 году немецким минералогом Фридрихом Моосом.

Промежуточные степени твердости 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 твердостями. Например, гематит в кристаллах имеет твердость 6, а в виде красной охры меньше 4.

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.

Шкала Мооса предназначена для грубой сравнительной оценки твердости материалов по системе мягче-тверже. Испытываемый материал либо царапает эталон и его твердость по шкале Мооса выше, либо царапается эталоном и его твердость ниже эталона. Таким образом, шкала Мооса информирует только об относительной твердости минералов.

Помимо шкалы Мооса, конечно же есть и другие методы определения твердости минералов, но различные шкалы твердости нельзя однозначно соотнести друг с другом. Практикой приняты несколько более точных систем измерения твердости материалов, ни одна из которых не покрывает весь спектр шкалы Мооса.

Заказать независимую товароведческую экспертизу

Нажимая кнопку «Отправить», вы автоматически выражаете согласие на обработку своих персональных данных и принимаете условия Пользовательского соглашения.

Бытовые средства измерения твердости

Для практических целей хорошо запомнить:

Классификация природных каменных материалов по твердости

Линейная твердость

Линейная твердость определяется абсолютной шкалой твердости, а не шкалой Мооса. Вот абсолютная шкала твердости:

Источник

Характеристики и определение твердости камней по шкале Мооса

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:

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.

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:

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:

По классификации линейной твердости определяют минералы так:

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.

Источник

Мир камня. Справочник для начинающих. Часть 1

Чтобы знать чуточку больше и о камнях и об их свойствах, с удовольствием представляю, всем интересующимся, следующий материал.

Свойства драгоценных камней

Твердость

Применительно к минералам и драгоценным камням под твердостью понимают, во-первых, твердость при царапаньи (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.

Относительная и абсолютная шкала твердости

Твердость царапанья (по Моосу) Эталонный минерал Простейший способ определения твердости Твердость шлифования (по Розивалю)12345678910

Твердость самоцветов по шкале Мооса

Спайность и излом

Многие минералы раскалываются или расщепляются по ровным плоским поверхностям. Это свойство минералов называется спайностью и зависит от строения их кристаллической решетки, от сил сцепления между атомами. Различают спайность весьма совершенную (эвклаз), совершенную (топаз) и несовершенную (гранат). У целого ряда драгоценных и поделочных камней (например, у кварца) она вообще отсутствует. Отдельностью называется способность кристалла раскалываться в определенных участках по параллельно ориентированным поверхностям.

Наличие спайности необходимо учитывать при шлифовке и огранке камней, а также при вставке их в оправу. Сильное механическое воздействие может вызвать раскол (трещину) по спайности. Часто для этого бывает достаточно легкого удара или чрезмерного надавливания при определении твердости. Термические напряжения, возникающие в процессе ювелирной газоплазменной пайки, могут приводить к образованию в камне трещин спайности, а это не только снижает ценность камня, но и чревато опасностью того, что он в дальнейшем и вовсе расколется по возникшим трещинам. Огранка фасетами драгоценного камня с весьма совершенной спайностью (например, эвклаза) требует большого искусства.

Прежде спайность использовалась для аккуратного расчленения крупных камней на части или для отделения дефектных участков. Самый большой из когда-либо найденных алмазов ювелирного качества «Куллинан» (3106 кар) был в 1908 г. расколот по спайности на три крупных куска и множество мелких частей. Теперь подобные операции выполняются преимущественно путем распиловки, что позволяет лучше использовать форму камня.

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.

Плотность

Плотностью (прежде ее именовали удельным весом) называется отношение массы вещества к массе того же объема воды. Следовательно, камень, имеющий плотность 2,6, во столько же раз тяжелее равного объема воды.

Определение плотности драгоценных камней может очень помочь коллекционеру при их идентификации.

В геммологии, которая обычно оперирует малыми количествами материала, плотность определяют двумя методами: методом гидростатического взвешивания и методом погружения в тяжелые жидкости. Первый из них хотя и отнимает много времени, но не требует больших затрат. Что же касается второго метода, то он довольно сложен, а подчас и дорог, но зато позволяет быстро провести надежное сравнение по плотности крупных партий незнакомых камней.

Метод гидростатического взвешивания основан на законе Архимеда; путем погружения неизвестного камня в воду определяется его объем, а плотность затем рассчитывается по простой формуле:
Плотность камня = Масса камня / Объём камня

Пример:
Масса в воздухе 5,2 г
Масса в воде 3,3 г
Разность = объему 1,9
Плотность = Масса / Объём = 5,2 / 1,9 = 2,7

Метод погружения в тяжелые жидкости, конечно, довольно сложен, но он имеет большие преимущества в тех случаях, когда необходимо отсортировать определенные камни из целой партии неизвестных камней или же отличить искусственные камни и имитации от настоящих драгоценных камней.

Плотность самоцветов и поделочных камней

Меры массы драгоценных камней

Цена. В торговле драгоценными камнями обычно указывается цена за 1 карат. Чтобы вычислить полную стоимость камня, надо перемножить цену и его массу в каратах. При продаже камня конечному потребителю обычно называется полная цена. Стоимость одного карата прогрессивно возрастает с увеличением размеров и массы камней: если, скажем, бриллиант-каратник (массой 1 кар) стоит определенную сумму, то двухкаратник (при том же качестве) оценивается не вдвое дороже, а гораздо выше.

Оптические свойства

В ряду физических свойств драгоценных камней оптические свойства играют главенствующую роль, определяя их цвет и блеск, сверкание («огонь») и люминесценцию, астеризм, иризацию и прочие световые эффекты. При испытании и идентификации драгоценных камней также все большее место отводится оптическим явлениям.

Окраска циркона и некоторых других минералов вызывается не ионами-хромофорами, а деформациями кристаллической решетки, точнее, возникновением в ней радиационных дефектов под воздействием радиоактивного излучения, что вызывает селективное (избирательное) поглощение света.

На поглощение света и тем самым на окраску кристалла влияет также длина пути, проходимого в нем световыми лучами. Соответственно при шлифовке необходимо стремиться использовать это обстоятельство к максимальной выгоде для камня. Светлоокрашенные камни шлифуются более толстыми, а при огранке фасеты наносятся с таким расчетом, чтобы удлинить путь прохождения лучей сквозь камень, то есть усилить абсорбцию. Слишком темные камни, наоборот, следует шлифовать потоньше, чтобы несколько высветлить их. К примеру, темно-красный гранат-альмандин при шлифовке кабошоном высверливают с нижней стороны, чтобы сделать полым.

Цвет черты

Цвет черты самоцветов, поделочных камней и некоторых коллекционных минералов

Цвет черты белый, бесцветный, серый

Цвет черты красный, розовый, оранжевый

Цвет черты желтый, оранжевый, коричневый

Цвет черты зеленый, желто-зеленый, сине-зеленый

Цвет черты синий, сине-зеленый, красно-фиолетовый

Цвет черты черный, серый

Бывают драгоценные камни, цвет которых с течением времени меняется. Так, аметист, розовый кварц и кунцит на солнечном свету постепенно выцветают вплоть до полного обесцвечивания. Но подобное самопроизвольное изменение окраски, обусловленное естественными причинами, в мире драгоценных камней составляет исключение. Гораздо чаще изменение окраски вызывается вмешательством человека, направленным на «облагораживание» самоцветов.

Наиболее известным примером такого рода является, по-видимому, «обжиг» аметиста. Будучи нагрет до нескольких сотен градусов, первоначально фиолетовый камень приобретает светлую золотисто-желтую (цитриновую), красно-коричневую, зеленую или молочно-белую окраску. Большинство встречающихся в продаже цитринов и все празиолиты представляют собой преобразованные аметисты.

Менее привлекательные цвета могут быть путем нагревания трансформированы в другие, более красивые и популярные. Например, аквамарины зеленоватых оттенков становятся после обжига голубыми (цвета морской воды), слишком темные турмалины высветляются, синие турмалины превращаются в зеленые. Обжиг красновато-коричневых гиацинтов (разновидность циркона) позволяет получить как алмазоподобные цирконы, так и цирконы аквамаринового цвета (синие старлиты).

Изменение окраски пористых камней, таких, как лазурит, бирюза, жемчуг и агат, достигается путем их пропитки красителями. Этот способ воздействия на цвет драгоценных камней был известен уже в античности. Всякие искусственные изменения окраски драгоценных камней должны указываться при продаже, исключение составляют обожженные камни и окрашенные агаты; обычно эти требования регламентированы соответствующими документами, принятыми во многих странах.

Информация, таблицы и фото Книга «Мир камня» В. Шуман том 2

Источник