Шкала твердости Мооса: сравнение твердостей минералов в таблице
Минералогическая шкала Мооса представляет собой ряд эталонных образцов, размещенных по пунктам от 1 до 10, в соответствии с показателем относительной твердости. Порядок расположения включенных в шкалу минералов определялся методом механического нанесения царапин. Благодаря способности материалов твердой структуры оставлять отметины от царапин на более мягких поверхностях, в результате механического воздействия удалось распределить минералы, исходя из показателя их относительной твердости.
10 минеральных элементов, которые содержит шкала твердости Мооса, позволяют наглядно при минимальном наличии оборудования определить, какой из исследуемых минералов тверже. Предложенная еще в 1811 году немецким ученым Ф. Моосом шкала твердости минералов успешно применяется по сегодняшний день, несмотря на существование других методов определения натуральных материалов на твердость.
Сегодня каждый исследователь имеет возможность приобрести готовый набор эталонных минералов для проведения сравнительного анализа. Такие наборы используются в учебных программах и для промышленных исследований, например, в геологии и ювелирной отрасли.
Твердость по Моосу: основные принципы оценки
На первой позиции ученый разместил графит, который отметил, как наиболее мягкий из природных минералов, на самой высокой 10-й позиции разместил алмаз, не имеющий конкурентов по прочности в природе.
Шкалу твердости удобно использовать даже в полевых условиях, имея для быстрой сравнительной диагностики набор эталонных элементов. Таким образом, зная физические характеристики минерала, и проведя анализ твердости, можно изначально определить, принадлежат они к группе драгоценных камней или другим типам горных пород. Принцип оценки твердости основан на царапании исследуемого образца эталонным элементом из набора, имеющим твердость 5. Если он царапает исследуемый образец, а тот, в свою очередь, оставляет царапины на эталоне с показателем 3, то твердость опытного образца будет равна 4. Даже эмаль, которой покрыт наш зуб, имеет твердость 5.
Применительно к минералам из категории драгоценных, сегодня более редко определяют твердость камней по шкале Мооса методом царапания, поскольку имеется риск повредить исследуемый материал. Наиболее эффективный способ определения твердости – шлифовка, которая позволяет вычислить абсолютную твердость. Но многие коллекционеры активно используют первый способ для проверки твердости полудрагоценных камней, поскольку он позволяет максимально быстро и просто определить драгоценные камни при первичном осмотре. Самый твердый минерал по шкале Мооса – алмаз, с самым высоким эталонным показателем твердости равным 10. Твердость всех остальных драгоценных камней находится в диапазоне от 7 и больше.
Наиболее твердые минералы обычно формируются из химических окислов и только немногие принадлежат к силикатам, чаще всего островного происхождения.
Таблица твердости
Еще никто в мире не составил таблицу, в которой содержатся все открытые на сегодняшний день минералы, а их более 6000. Однако понимание основ определения твердости минералов, которые дает школа Мооса, позволяет правильно обрабатывать и классифицировать минералы.
Рассмотрим более подробно, что представляет собой шкала Мооса твердость в таблице которой определяется следующими эталонными минералами:
| Твердость по Моосу | Наименование | Происхождение | Аналоги | Абсолютная твёрдость | Форма воздействия |
| 1 | Графит | метаморфическое | тальк | 1 | ногтем |
| 2 | Гипс | осадочное | хлорит, янтарь, слюда | 3 | ногтем |
| 3 | Кальцит | гипергенное | золото, барит, биотит | 9 | медной монетой |
| 4 | Флюорит | гидротермальное | доломит, пурпурит, малахит | 21 | ножом, оконным стеклом легко |
| 5 | Апатит | магматическое | лазурит, обсидиан, ильменит, чароит | 48 | ножом, оконным стеклом с усилием |
| 6 | Ортоклаз | гидротермальное | опал, фабулит, диорит | 72 | напильником, царапает стекло |
| 7 | Кварц | магматическое | кремний, гранат, турмалин, вольфрам | 100 | алмазом, царапает стекло |
| 8 | Топаз | Пегматитовое | изумруд, берилл аквамарин, шпинель | 200 | алмазом, царапает стекло |
| 9 | Корунд | магматическое | сапфир, рубин | 400 | алмазом, царапает стекло |
| 10 | Алмаз | магматическое | эльбор | 1600 | режет стекло |
Самым мягким по шкале Мооса является графит, который можно легко поцарапать ногтем. Самым твердым считается алмаз, которому нет аналогов в природе.
Минералами, сопоставимыми ему по твердости являются эльбор (кубический нитрид бора), кубонит, боразон и цингсонгит, искусственного происхождения.
На практике можно использовать знания, что ноготь оставляет царапину на поверхности из гипса, мела и других минералов, уступающих ему по твердости. Сталь обычного ножа приближается по показателю твердости к природному кварцу и может легко царапать стекло.
Рассмотрим подробнее все эталонные минералы, вошедшие в таблицу.
Графит
Самый мягкий минерал по шкале Мооса – это графит, причем в природе он практически не встречается без примесей в чистом виде. Несмотря на то, что алмаз и графит состоят из одного химического элемента – углерода, разница в твердости между ними просто огромная.
Причина кроется в разной структуре кристаллической решетки. У графита она представляет собой непрочно связанные между собой далеко расположенные друг от друга слои атомов, а твердость алмаза обеспечивает жесткая и компактная кристаллическая решетка.
Данный минерал стоит под первым номером в таблице, на одном уровне с тальком, поскольку на нем можно оставить царапину даже ногтем. Другими словами, твердость ногтя выше твердости минерала. Ни один последующий минерал невозможно поцарапать графитом.
Гипс
Данный материал более прочен, чем предыдущий, и им можно поцарапать графитовый эталон. Благодаря этому он занимает вторую позицию в шкале Мооса. И хотя это не самый твердый камень, он нашел успешное применение в травматологии, где с его помощью выполняют фиксацию сломанных конечностей.
Также гипсовый материал используется в строительстве для формирования лепнины на фасадах зданий и различных декоративных украшений.
Кальцит
По химическим составляющим минерал является карбонатом кальция и входит в состав различных известняковых пород. Именно он существенно влияет на твердость мрамора, являясь его составной частью. Данным минералом можно наносить четкие царапины на графитовых и гипсовых поверхностях. На самом же минерале отчетливые царапины оставит медь.
Аналогичной степенью твердости по шкале обладает жемчуг, а также драгоценные металлы серебро и золото. Такие характеристики твердости позволяют успешно использовать мрамор в архитектуре и создании скульптур.
Флюорит
Название минерала переводится с латыни, как «текучий», поэтому он активно используется при плавке шлаков и железа в металлургической отрасли. В природе представлен в обширной цветовой гамме, включая красные, желтые, синие и фиолетовые тона.
Редкие бесцветные кристаллы данного минерала используются в медицине при изготовлении линз, поскольку достаточно просты в обработке. Минерал легко царапается металлическим ножом и стеклом.
Апатит
Относящийся классу фосфатов апатит занимает пятую ступень твердости по Моосу. Такой же степенью твердости обладает палладий и бирюза. Схожесть по внешнему виду с турмалином и бериллом часто вводила в заблуждение геологов, поэтому определение твердости по принципу Мооса позволяло легко убедиться в ошибочности предположений.
Минерал используется в промышленном производстве фосфорной кислоты и удобрений.
Ортоклаз
Минерал принадлежит к классу силикатов или «полевых шпатов», и относится к породообразующим элементам. По твердости ему аналогичны титан и лунный камень. На этой же ступеньке твердости находится базальт.
Поцарапать ортоклаз доступно напильником или стеклом. Обычный нож не оставит на нем достаточно четких царапин. Аналогичную твердость имеет нефрит.
Кварц
Диоксид кремния можно смело отнести к категории самых распространённых на поверхности земной коры минералов. Обычный песок и его производные занимают свыше 60 % поверхности нашей планеты.
Среди полудрагоценных камней в своей структуре его содержит горный хрусталь, агат, цитрин, аметист и другие. Из-за высокой твердости царапать минерал могут только алмазы или гранит. Аналогичной твердостью обладает оникс.
Топаз
Эталонный минерал находится на восьмой позиции по прочности и может наносить царапины даже минералам кварца. Этот полудрагоценный камень может иметь невероятный спектр оттенков: от фиолетово-красных до шоколадно-желтых и нежно голубых. Все зависит от места добычи минерала.
Из полудрагоценных камней ему по твердости не уступает александрит, также имеющий огромный спектр цветовой гаммы. Среди природных минералов – керамогранит.
Корунд
Один из наиболее твердых минералов, конкурировать с которым может только твердость алмаза. Его можно использовать для обработки практически всех пород, а сам корунд обрабатывается только при помощи алмаза.
Корунды зеленого и фиолетового цвета называют соответственно изумрудами и аметистами. Красный минерал получил название рубин. В природе можно встретить и более редкие желтые кристаллы, а прозрачные многие причисляют к алмазам и бриллиантам.
Алмаз
Ни один минерал, существующий в природе, не может сравниться с алмазом по твердости. Именно поэтому он занимает самую высокую ступеньку в шкале Мооса. Его твердость в 1500 раз превышает графит, хотя по химической формуле они идентичны.
Ни один природный минерал не может оставить на алмазе царапину, но благодаря высокой твердости алмаза им можно резать не только стекло, но и бурить твердые гранитные породы.
Украшения с камнями:
Твердость драгоценных камней в по шкале Мооса
Высокая твердость является очень ценным показателем для драгоценных камней, поскольку вездесущая пыль, в состав которой входят мельчайшие частички кварца, способна ухудшить внешний вид любого камня с твердостью ниже показателя 7. Поэтому изделия из жемчуга и обсидиана следует с особой осторожностью.
Среди драгоценных камней, имеющих высокий показатель твердости по Моосу, можно отметить:
- танзанит – твердость 6,5;
- агат – показатель твердости 7;
- халцедон – показатель 7;
- яшму – уровень твердости 7;
- жадеит – твердость 7;
- розовый кварц – в пределах от 7 до 7,5;
- аметист – показатель твердости 7,5;
- турмалин – твердость 7,5;
- андалузит – уровень твердости от 7,5 до 8;
- фианит – в пределах от 7,5 до 8,5;
- таафеит – твердость 8,5;
- аквамарин – 8.
Отдельные драгоценные камни имеют на разных гранях совершенно различные показатели твердости. И хотя рекорд алмаза по шкале Мооса неоспорим, именно этот фактор позволяет производить огранку и шлифовку самого твердого минерала. Шлифовальщики драгоценных камней прекрасно разбираются в различиях по твердости, что позволяет создавать изысканные бриллианты.
Минералы с твердостью в промежутке от 8 до 10 многие причисляют к драгоценным, хотя это ошибочное мнение, поскольку драгоценным камням свойственна не только высокая твердость, но и другие ценные эстетические качества.
