Твердость металлов по моосу таблица
Обновлено: 17.05.2024
Что такое шкала Мооса, основные отличия от других методов измерения твёрдости различных материалов (другие методы коротко так же описаны в статье).
Шкала Мооса (минералогическая шкала твёрдости) – это качественная порядковая шкала (а конкретно – прикладная, а не теоретическая) представляет собой порядковую шкалу, которая характеризует стойкость разных материалов к царапанию. То есть можно сказать по простому – шкала Мооса показывает какой материал может поцарапать другой материал. В этой шкале присутствуют различные определённые и неопределённые (обобщённые) различные материалы, которые включают однокомпонентные (металлы, оксиды) и многокомпонентные (минералы, дерево, сплавы, драгоценные камни).
Шкала Мооса Основана на способности более твердого материала царапать более мягкий материал (тут даже добавить нечего).
Простая шкала Мооса содержит 10 минералов в качестве эталонных, которые упорядочены в порядке возрастания твердости от очень мягкого (тальк), до очень твердого (алмаз).
Большинство минералов из таблицы (кроме алмаза) относительно распространены и их легко или недорого получить.
- — Тальк;
- — Гипс;
- — Кальцит;
- — Флюорит;
- — Апатит;
- — Ортоклаз;
- — Кварц;
- — Топаз;
- — Корунд;
- — Алмаз.
Простой вариант шкалы Мооса
Самый простой вариант шкалы Мооса ниже (фактически прикладная твёрдость):
- 1 — Карандаш (графит);
- 2 — Поваренная соль;
- 2-2,5 — Можно поцарапать ногтем;
- 2,5-3 — Золото, серебро;
- 3 — Медная монета;
- 4-4,5 — Гвоздь (мягкий сплав стали);
- 4-5 — Железо;
- 5 — Стекло (самый распространённый материал для сравнения и тестов);
- 5-6,5 — Лезвие ножа;
- 6,5 — Стальной напильник (уже может царапать стекло);
- 7 — Легко царапает стекло;
- 7+ — Напильник из закаленной стали (легко царапает стекло);
- 8 — Наждачная бумага, минерал очень легко царапает стекло;
- 9 — Минерал режет стекло (по факту даже небольшого нажима хватает, чтобы оставлять на стекле сильные отметины);
- 10 — Используется как стеклорез.
Расширенная шкала Мооса
Ниже расширенная таблица твердости разных веществ по шкале Мооса:
Вещество или минерал
Твердость по Моосу
Пирофиллит, молибденит
Боксит, уголь
Лимонит
Лед, сахар, галлий, стронций, индий, олово, барий, таллий, свинец, графит
Гипс, кальций
Сера
Сильвит, глауконит, кадмий, селен
Каменная соль, киноварь, хлорит, висмут, янтарь
Мусковит
Серебро, золото, галенит, медь, биотит, слюда
Алюминий, известняк, кальцит, борная кислота, нитрофоска
Арагонит, витерит, ангидрит
Жемчуг, латунь, мышьяк
Серпентин
Сфалерит, родохрозит, малахит, доломит, куприт, халькопирит, азурит, барит
Сидерит, пирротин, доломит
Флюорит, бронза фосфористая
Мрамор
Зубная эмаль, асбест, апатит, марганец, цирконий , палладий , обсидиан
Титанит, монацит, стекло
Нефрит, уранинит, ильменит, энстатит, керамогранит (полированный)
Магнетит
Нефелин, авгит, арсенопирит, актинолит, бустамит, кобальтит
Родонит, диопсид, опал, железняк красный
Титан, германий , ниобий , родий , уран
Рутил, пирит, пренит, плагиоклаз, ортоклаз, амазонит, андезин, анортоклаз, бенитоит, гельвин, иридий
Кремний
Яшма
Агат, цоизит, эпидот, касситерит, пиролюзит
Марказит
Гранит, танзанит, сподумен, оливин, жадеит, аксинит, хризопраз, жадеит
Силлиманит, гранат
Кварц, кварцевое стекло, каменная галька, аметист, авантюрин, форстерит, осмий, силикон, рений, ванадий, хром
Турмалин, кордиерит, альмандин, борацит, кордиерит, данбурит
Циркон, андалузит, эвклаз, гамбергит, сапфирин
Изумруд , закаленная сталь, вольфрам, шпинель, берилл, бериллий, аквамарин, красный берилл, ганит, пейнит
Топаз, Фианит
Хризоберилл, александрит, холтит
Керамогранит (неполированный)
Корунд, рубин, сапфир, алунд, хром
Муассанит, бор
Победит (карбид вольфрама + углерод + кобальт)
Карборунд (некоторые шлифовальные диски)
Алмаз, карбонадо
*Победит выделен специально, так как большинство «хороших» фрез по дереву и металлу как раз делают из победита.
Отличие шкалы Мооса от других методов измерений твёрдости
Чем отличается шкала Мооса (и технология) от других способов измерения твёрдости различных материалов?
Несмотря на недостаточную точность шкалы Мооса, она актуальна для полевых геологов (изначально и была для них и предназначена), которые используют её для грубой идентификации минералов. Образцы для исследований можно несложно найти в природе (за исключением алмаза). То есть данная шкала направленна на определение твёрдости материалов сравнительным способом с невысокой точностью. Но несмотря на это шкала Мооса получила широкое распространения и закрепилась не только у исследователей, но и в бытовом применении.
Шкала Бриннеля
Метод измерения твёрдости по Бриннелю относится к старейшим методам, здесь твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Для этого необходимо оборудование, которое с измеренным усилием позволит вдавить твёрдомер (шарик) в материал, а затем, с помощью микроскопа или увеличительного стекла, замерить диаметр оставленного отпечатка. Обозначается HB, где H — Hardness (твёрдость, англ.), B — Brinell (Бринелль, англ.)
Шкала Роквела
Метод измерения твёрдости по Роквелу – является самым распространённый из методов начала XX века, твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Обозначается HR, где H — Hardness (твёрдость, англ.), R — Rockwell (Роквелл, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа шкалы, напр. HRA, HRB, HRC и т.д. Сама методика очень похожа на метод Бриннеля.
Шкала Виккерса
Метод измерения твёрдости по Виккерсу – имеет самую широкую по охвату шкалу. Твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Обозначается HV, где H — Hardness (твёрдость, англ.), V — Vickers (Виккерс, англ.). Методика измерения похожа на две предыдущих.
Шкала Шора
Метод измерения твёрдости по Шору используется редко, в данной методике твёрдость материала определяется по высоте отскока бойка от поверхности. Обозначается HS, где H — Hardness (твёрдость, англ.), S — Shore (Шор, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа шкалы, напр. HSD
Шкала Либа
Метод измерения твёрдости по Либу чем-то напоминает метод Шора, и (как пишут, я так вообще про это ни сном ни духом…) является самым распространённым методом в мире. Твёрдость в этом методе определяется как отношение скоростей до и после отскока бойка от поверхности. Обозначается HL, где H — Hardness (твёрдость, англ.), L — Leeb (Либ, англ.), а 3-й буквой идёт обозначение типа датчика, напр. HLD, HLC и т.д.
Твёрдость стали (или инструментов), как правило, присутствует в описании или технических характеристиках.
Твёрдость минералов и таблица значений по шкале Мооса
— ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия).
- Структура
- Свойства
- Запасы и добыча
- Происхождение
- Применение
- Классификация
- Физические свойства
- Оптические свойства
- Кристаллографические свойства
Смотрите так же:
— структура и физические свойства
СТРУКТУРА
Две модификации кристаллической решетки железа
Для железа установлено несколько полиморфных модификаций, из которых высокотемпературная модификация — γ-Fe(выше 906°) образует решетку гранецентрированного куба типа Сu (а0 = 3,63), а низкотемпературная — α-Fe-решетку центрированного куба типа α-Fe (a0 = 2,86). В зависимости от температуры нагрева железо может находиться в трех модификациях, характеризующихся различным строением кристаллической решетки:
- В интервале температур от самых низких до 910°С —а-феррит (альфа-феррит), имеющий строение кристаллической решетки в виде центрированного куба;
- В интервале температур от 910 до 1390°С — аустенит, кристаллическая решетка которого имеет строение гранецентрированного куба;
- В интервале температур от 1390 до 1535°С (температура плавления) — д-феррит (дельта-феррит). Кристаллическая решетка д-феррита такая же, как и а-феррита. Различие между ними только в иных (для д-феррита больших) расстояниях между атомами.
При охлаждении жидкого железа первичные кристаллы (центры кристаллизации) возникают одновременно во многих точках охлаждаемого объема. При последующем охлаждении вокруг каждого центра надстраиваются новые кристаллические ячейки, пока не будет исчерпан весь запас жидкого металла. В результате получается зернистое строение металла. Каждое зерно имеет кристаллическую решетку с определенным направлением его осей. При последующем охлаждении твердого железа при переходах д-феррита в аустенит и аустенита в а-феррит могут возникать новые центры кристаллизации с соответствующим изменением величины зерна
Почему важно знать твердость металлов.
Когда немецкий геолог Фридрих Моос создал шкалу, которую мы используем сегодня, он применил простой принцип для определения твердости любого материала: какие материалы могут поцарапать его, и какие материалы он сам может поцарапать.
Например, платина, у которой твердость 4-4.5, может быть поцарапана всеми материалами, у которых более высокий коэффициент по шкале Мооса. Например, топаз, коэффициент которого 8, может поочередно поцарапать любой материал, который имеет более низкий коэффициент (например, золото, твердость которого оценена в 2.5-3 балла).
Из представленной выше таблицы видно, какие металлы могут поцарапать другие, а какие могут поцарапать их. Это ценная информация, так как может подсказать, изделия из каких драгоценных металлов можно хранить вместе, а из каких — нельзя.
Также, данная информация о твердости металлов поможет определить, изделия из каких драгоценых сплавов более надежны в носке.
СВОЙСТВА
В чистом виде при нормальных условиях это твердое вещество. Оно обладает серебристо-серым цветом и ярко выраженным металлическим блеском. Механические свойства железа включают в себя уровень твердости по шкале Мооса. Она равна четырем (средняя). Железо обладает хорошей электропроводностью и теплопроводностью. Последнюю особенность можно ощутить, дотронувшись до железного предмета в холодном помещении. Так как этот материал быстро проводит тепло, он за короткий промежуток времени забирает большую его часть из вашей кожи, и поэтому вы ощущаете холод. Дотронувшись, к примеру, до дерева, можно отметить, что его теплопроводность намного ниже. Физические свойства железа — это и его температуры плавления и кипения. Первая составляет 1539 градусов по шкале Цельсия, вторая — 2860 градусов по Цельсию. Можно сделать вывод, что характерные свойства железа — хорошая пластичность и легкоплавкость. Но и это еще далеко не все. Также в физические свойства железа входит и его ферромагнитность. Что это такое? Железо, магнитные свойства которого мы можем наблюдать на практических примерах каждый день, — единственный металл, обладающий такой уникальной отличительной чертой. Это объясняется тем, что данный материал способен намагничиваться под действием магнитного поля. А по прекращении действия последнего железо, магнитные свойства которого только что сформировались, еще надолго само остается магнитом. Такой феномен можно объяснить тем, что в структуре данного металла присутствует множество свободных электронов, которые способны передвигаться.
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:
| Минералы вне шкалы Мооса | Десятичный показатель | Дробное значение |
| Муассанит | 9,5 | 9 ½ |
| Неполированный керамогранит, холтит, александрит, хризоберилл | 8,5 | 8 ½ |
| Вольфрам, ганит, аквамарин, шпинель, изумруд, пейнит, берилл | От 7,5 | От 7 ½ |
| Циркон, сапфирин, андалузит | 7,5 | 7 ½ |
| Альмандин, данбурит, турмалин, борацит, кордиерит | До 7,5 | До 7 ½ |
| Кремний, гранит, жадеит, яшма | 6,5 | 6 ½ |
| Монацит | 5,5 | 5 ½ |
| Малахит, халькопирит, доломит | 3,5 | 3 ½ |
| Киноварь, янтарь, висмут, хлорит, слюда | 2,5 | 2 ½ |
| Графит | 1,5 | 1 ½ |
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:
ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА
Железо — один из самых распространённых элементов в Солнечной системе, особенно на планетах земной группы, в частности, на Земле. Значительная часть железа планет земной группы находится в ядрах планет, где его содержание, по оценкам, около 90 %. Содержание железа в земной коре составляет 5 %, а в мантии около 12 %.
В земной коре железо распространено достаточно широко — на его долю приходится около 4,1 % массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). В мантии и земной коре железо сосредоточено главным образом в силикатах, при этом его содержание значительно в основных и ультраосновных породах, и мало — в кислых и средних породах. Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe2O3; содержит до 70 % Fe), магнитный железняк (магнетит, FeFe2O4, Fe3O4; содержит 72,4 % Fe), бурый железняк или лимонит (гётит и гидрогётит, соответственно FeOOH и FeOOH·nH2O). Гётит и гидрогётит чаще всего встречаются в корах выветривания, образуя так называемые «железные шляпы», мощность которых достигает несколько сотен метров. Также они могут иметь осадочное происхождение, выпадая из коллоидных растворов в озёрах или прибрежных зонах морей. При этом образуются оолитовые, или бобовые, железные руды. В них часто встречается вивианит Fe3(PO4)2·8H2O, образующий чёрные удлинённые кристаллы и радиально-лучистые агрегаты. Содержание железа в морской воде — 1·10−5-1·10−8 % В промышленности железо получают из железной руды, в основном из гематита (Fe2O3) и магнетита (FeO·Fe2O3). Существуют различные способы извлечения железа из руд. Наиболее распространённым является доменный процесс. Первый этап производства — восстановление железа углеродом в доменной печи при температуре 2000 °C. В доменной печи углерод в виде кокса, железная руда в виде агломерата или окатышей и флюс (например, известняк) подаются сверху, а снизу их встречает поток нагнетаемого горячего воздуха. Кроме доменного процесса, распространён процесс прямого получения железа. В этом случае предварительно измельчённую руду смешивают с особой глиной, формируя окатыши. Окатыши обжигают, и обрабатывают в шахтной печи горячими продуктами конверсии метана, которые содержат водород. Водород легко восстанавливает железо, при этом не происходит загрязнения железа такими примесями, как сера и фосфор, которые являются обычными примесями в каменном угле. Железо получается в твёрдом виде, и в дальнейшем переплавляется в электрических печах. Химически чистое железо получается электролизом растворов его солей.
Как определить твёрдость минералов, используя шкалу Мооса?
Часто требуется определить тип минерала в полевых условиях, то есть при отсутствии специальных лабораторных условий и соответствующих инструментов. Для этих целей геологу достаточно воспользоваться шкалой Мооса и несколько простых подручных средств, способных царапать.
К примеру, при помощи карманного ножа можно определить, относится ли образец к числу менее или более твердых минеральных пород, значение которых по Моосу переваливает за 5-6. Вот таблица некоторых подручных предметов и степени их твёрдости, которые могут помочь в определении относительной твёрдости, а, соответственно, и типа минерала:
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
ПРИМЕНЕНИЕ
Кольцо из железа
Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства. Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов. Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых. Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п. Ультрадисперсный порошок магнетита используется во многих чёрно-белых лазерных принтерах в смеси с полимерными гранулами в качестве тонера. Здесь одновременно используется чёрный цвет магнетита и его способность прилипать к намагниченному валику переноса. Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей. Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат. Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве. Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах. Водные растворы хлоридов двухвалентного и трёхвалентного железа, а также его сульфатов используются в качестве коагулянтов в процессах очистки природных и сточных вод на водоподготовке промышленных предприятий.
Железо (англ. Iron) — Fe
| Молекулярный вес | 55.85 г/моль |
| Происхождение названия | возможно англо-саксонского происхождения |
| IMA статус | действителен, описан впервые до 1959 (до IMA) |
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
| Цвет минерала | железно-черный |
| Цвет черты | серый |
| Прозрачность | непрозрачный |
| Блеск | металлический |
| Спайность | несовершенная по |
| Твердость (шкала Мооса) | 4,5 |
| Излом | в зазубринах |
| Прочность | ковкий |
| Плотность (измеренная) | 7.3 — 7.87 г/см3 |
| Радиоактивность (GRapi) | 0 |
| Магнетизм | ферромагнетик |
Шкала твердости по Моосу для оценки твердости металлов.
Вот список коэффициентов твердости для некоторых металлов, с которыми каждый человек, скорее всего, сталкивается в своей повседневной жизни, особенно при контакте с драгоценностями:
Шкала твёрдости минералов: определение прочности по Моосу
Шкала твердости минералов или минералогическая шкала Мооса составлена на основании эталонных образцов по степени относительной твердости от 1 до10. Качественный порядковый показатель прочностной стойкости минералов, включённых в эту шкалу, выявляется путём царапания. Механическая способность более твёрдых материалов наносить царапины на более мягкие породы определяет относительную твёрдость минералов того или иного типа.
10 минеральных элементов Мооса представлены в качестве эталонных образцов и упорядочены в порядке возрастания, что позволяет наглядно определить, какой минерал твёрже. Так, например, тальк занимает первую позицию в таблице и считается наиболее мягким среди прочих представленных на шкале. По другую сторону расположился алмаз, который по критерию «прочность минерала» занимает самую вершину, то есть 10-ую позицию по шкале Мооса и не имеет аналогов в природе по этому показателю.
Создание и предназначение шкалы Мооса в современной практике
Эта система была создана в начале XIX века немецким геологом, минерологом и изобретателем того времени, Фридрихом Моосом. С тех пор в геологии для определения показателя твёрдости было создано ещё много схожих методик, включая метод Кнупа, Бринеля, Виккерса и Роквела.
Минералы шкалы Мооса, определяемые по твёрдости, распределены в соответствии с относительным целочисленным сравнении. Эта сравнительная характеристика основана на устойчивости образца к царапанию. Существуют популярные методы, которые используют в качестве сравнительной характеристики устойчивость к вдавливанию.
В этих исследовательских методах в качестве инструмента испытания используется индентор, вдавливающийся в исследуемый кусок минеральной породы. При этом производятся доскональные замеры силового показателя давления. Полученные показатели размеров и глубины выемки с учётом силы давления позволяют рассчитать показатели твёрдости.
Но в подобных методах измерения для испытаний используют самые разные технические приспособления и способы расчёта. Поэтому прямое сравнение полученных показателей для различных минералов в различных условиях несопоставимы друг с другом напрямую.
Таким образом, шкала Мооса получила более широкое распространение – сама методика более проста и дешева в плане реализации и более доступна для понимания. С другой стороны, такой тип измерений не способен обеспечить высочайшую степень точности. Тем не менее, она актуальна среди современных геологов, работающих в полевых условиях.
Её часто используют для первичного определения типа минеральных пород при исследовании полученных образцов на месте, когда проведение более сложных тестов затруднительно или невозможно. Именно поэтому результаты измерения твёрдости по шкале Мооса принято называть относительными.
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:
- спайность кристаллов;
- внутренняя целостность минерала;
- процент кварца;
- вид вторичных примесей;
- происхождение камня (как он формировался).
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.
Таблица со шкалой сравнения
Сопоставление прочностной характеристики, полученной по различным методикам, с таблицей Мооса полезно в практическом применении камней. Абсолютные значения твёрдости определяют по другим оценкам, сравнение критериев видно в таблице.
| Минералы и горные породы | Градация по Моосу | По Шрейнеру, МПа | Крепкость по шкале Кнупа, единиц | Твёрдость шлифования в воде по Розивалю | Прочность по микротвердомеру ПМТ-2, ПМТ-3, кг/мм² |
| Тальк | 1 | 250―400 | 12 | 0,03 | 2,4 |
| Гипс | 2 | 32 | 1,25 | 40 | |
| Кальцит, мрамор, ангидрит | 3 | 950―1400 | 135 | 4,5 | 110 |
| Флюорит, доломит | 4 | 2500―3200 | 160 | 5 | 190 |
| Апатит, гранит | 5 | 3000―3700 | 400 | 6,5 | 530 |
| Ортоклаз, базальт | 6 | 3900 | 500 | 37 | 790 |
| Кварц, диабаз | 7 | 6300 | 1250 | 120 | 1120 |
| Топаз | 8 | 1550 | 175 | 1430 | |
| Корунд | 9 | 1900 | 1000 | 2060 | |
| Алмаз | 10 | 8300 | 140000 | 10060 |
Причина твёрдости гранита заключается в сложном минеральном составе, где основные компоненты, кварц и слюда, отнесены к разным категориям — 7 и 2. Их количественное соотношение и определяет свойства горной породы.
С помощью шкалы Мооса сравнивают также твёрдость металлов — это удобно, когда подбирается оправа для драгоценного камня.
| Наименование | Олово | Золото, серебро | Медь, бронза | Никель | Платина | Палладий | Титан | Вольфрам |
| Значение по градации | 1,5 | 2,5―3 | 3 | 4 | 4,5 | 4,7 | 6 | 7,5 |
Из таблицы видно, какие металлы могут поцарапать другие. Это обстоятельство важно учитывать при совместном хранении украшений.
История вопроса
Метод определения устойчивости к царапанью минералов и соответствующая шкала появилась только в XIX веке. Основной вклад внёс учёный, именем которого и названа таблица – Карл Фридрих Моос.
Первые попытки
Ещё с древности философы и алхимики замечали, что минералы различаются между собой не только цветом, но и прочностью. Одни буквально крошатся в руках, а другие царапают даже металлы.
Учёные Средних веков пытались классифицировать камни по субъективным впечатлениям об их хрупкости. Затем стали применять напильник: им пытались распилить камень. Если это получалось, то минерал считался хрупким, если нет, твёрдым.
Так продолжалось до тех пор, пока в 1811 году Фридрих Моос не предложил определять прочность путём царапанья минералов образцами с известными показателями.
Заслуга Вернера
В 1722 г. математик из Франции Рене Реомюр, а в 1724 г. в Германии Абраам Вернер высказали идею царапать камни другим минералом, признанным наиболее твёрдым из всех пород. Но они не довели дело до конца, определяя прочность небольшого числа минералов. Систематизировать их Вернер стал не только по твёрдости, но и по цвету, запаху, весу и даже вкусу.
При его жизни все минералы делились на 4 группы:
- Поддаются царапанью ногтем.
- Не поддаются ногтю, но от ножа появляется царапина.
- Не остается след от ножа и не появляются искры.
- Металлический нож не оставляет следа, но под действием огнива появляются искры.
Позже именно этот способ царапанья минералов эталоном с известной прочностью лег в основу определения твёрдости Моосом. Таким образом, Вернера можно назвать идейным вдохновителем создателя таблицы, но вся слава досталась именно Моосу.
Интересно! По некоторым данным, Моос был учеником Вернера, который поделился с молодым учёным своими наблюдениями и вычислениями.
| Цвет минерала | железно-черный |
| Цвет черты | серый |
| Прозрачность | непрозрачный |
| Блеск | металлический |
| Спайность | несовершенная по |
| Твердость (шкала Мооса) | 4,5 |
| Излом | в зазубринах |
| Прочность | ковкий |
| Плотность (измеренная) | 7.3 — 7.87 г/см3 |
| Радиоактивность (GRapi) | |
| Магнетизм | ферромагнетик |
Для различения твёрдости минералов обычно применяют экспресс-метод, позволяющий определить относительные значения показателя по шкале Мооса. Чтобы им воспользоваться, достаточно взять карандаш, гвоздь и стекло. Существуют также и точные способы измерения, но они требуют приборного обеспечения. Результаты в абсолютных величинах различаются, но есть таблицы, помогающие сопоставить прочность, определённую по разным методикам.
Способы измерения твёрдости
Степень крепости материала оценивают посредством вдавливания в него более прочного предмета, а также шлифования и царапания его поверхности. Выбор, по какой шкале измерять твёрдость минералов, большой. Кроме оставления борозды эталонными кристаллами Мооса существует 6 основных методов измерения:
- Шкала Роквелла – фиксируется глубина проникновения идентора с алмазным наконечником в материал. Применяется в отношении металлов и сплавов.
- Твёрдость по Шору определяют так же. Дополнительно метод позволяет исследовать крепкость пластмассы и эластичных предметов.
- Шкала Кнупа работает по принципу вдавливания. Оценка результата производится в единицах Кнупа: алмаз – 8500, корунд – 2000.
- Твёрдость горной породы по методу Шрейнера количественно определяется отношением нагрузки на пуансон к площади штампа. Сопровождается измерение вычерчиванием диаграммы деформации.
- Шкала Розиваля построена по примеру таблицы Мооса: показатели для ряда минералов получены с помощью прибора твердомера по результатам шлифования образцов. Трудоёмкость метода не позволила ему вытеснить классику.
- Пирамида Виккерса, армированная алмазами, статически вдавливается в предмет испытаний, а результат смотрят по площади отпечатка через микроскоп. Приборы называются твердомерами (например, ПМТ-3).
Все точные методы нахождения крепкости уступают быстрому табличному способу определения по сравниванию прочностных свойств минералов. Не всегда необходимо видеть разрушающую нагрузку, в большинстве случаев достаточно знать, какой камень является более твёрдым.
Принципы градации от Мооса
Систему сравнений твёрдости кристаллов изобрёл немецкий геолог Фридрих Моос (другой вариант звучания — Мосс). Она представляет собой десятибалльную шкалу из эталонных минералов, расположенных в порядке возрастания прочности.
При попытке поцарапать одним кристаллом другой выстраивается цепочка от самого мягкого камня (талька) до наикрепчайшего (алмаза). Информирует шкала твердости Мооса только о сравнительной прочности сопоставляемых минералов.
Если испытуемый камень не оставляет следа на кварцевой грани, а эталон не царапает образец, тогда можно утверждать, что крепкость проверяемого кристалла равна 7 по таблице шкалы Мооса.
| Контрольный минерал | Номер по определителю | Другие камни той же прочности | Царапающий предмет | Значение твёрдости резца |
| Тальковый камень | 1 | Графит | Ноготь | 2,5 |
| Гипс (селенит) | 2 | Галит, слюда, хлорит | ~ | ~ |
| Кальцит (исландский шпат) | 3 | Биотит, серебро, золото | Медная монета | 3,5 |
| Флюорит (плавиковый шпат) | 4 | Сфалерит, доломит | Нож из железа, оконное стекло | 5,5 |
| Апатит | 5 | Лазурит, гематит | ~ | ~ |
| Ортоклаз (адуляр, полевой шпат) | 6 | Опал, рутил | Гвоздь из стали | 6,5 |
| Кварц (агат, яшма, аметист, горный хрусталь, авантюрин) | 7 | Турмалин, гранат | Победитовое сверло | 8,5 |
| Топаз | 8 | Аквамарин, изумруд, шпинель | ~ | ~ |
| Корунд (сапфир, рубин) | 9 | Карбид вольфрама | Алмаз | 10 |
| Алмаз | 10 | Эльбор | ― | ― |
Для удобства использования эталонный минерал закрепляют на конце трубки эпоксидным клеем. Царапают осторожно, стараясь не повредить образец. Таким же образом работают и с подручными предметами. Поскольку твердость стекла по шкале Мооса занимает среднее положение (между значениями 5 и 6), то испытание начинают именно с царапания его поверхности.
| Минералы и горные породы | Градация по Моосу | По Шрейнеру, МПа | Крепкость по шкале Кнупа, единиц | Твёрдость шлифования в воде по Розивалю | Прочность по микротвердомеру ПМТ-2, ПМТ-3, кг/мм² |
| Тальк | 1 | 250―400 | 12 | 0,03 | 2,4 |
| Гипс | 2 | 32 | 1,25 | 40 | |
| Кальцит, мрамор, ангидрит | 3 | 950―1400 | 135 | 4,5 | 110 |
| Флюорит, доломит | 4 | 2500―3200 | 160 | 5 | 190 |
| Апатит, гранит | 5 | 3000―3700 | 400 | 6,5 | 530 |
| Ортоклаз, базальт | 6 | 3900 | 500 | 37 | 790 |
| Кварц, диабаз | 7 | 6300 | 1250 | 120 | 1120 |
| Топаз | 8 | 1550 | 175 | 1430 | |
| Корунд | 9 | 1900 | 1000 | 2060 | |
| Алмаз | 10 | 8300 | 140000 | 10060 |
| Наименование | Олово | Золото, серебро | Медь, бронза | Никель | Платина | Палладий | Титан | Вольфрам |
| Значение по градации | 1,5 | 2,5―3 | 3 | 4 | 4,5 | 4,7 | 6 | 7,5 |
Из таблицы видно, какие металлы могут поцарапать другие. Это обстоятельство важно учитывать при совместном хранении украшений.
Значения прочности драгоценных минералов
Испытание на твёрдость хорошо подходит для того, чтобы отличить редкие красивые кристаллы от их стеклянных или искусственных имитаций. К драгоценным камням относят природные минералы в естественном или обработанном виде — алмазы (бриллианты), сапфиры (синие), рубины, изумруды, александриты.
В особых условиях выращивают синтетические аналоги драгоценных камней. Стоят такие самоцветы значительно дешевле. Недобросовестные производители из искусственных кристаллов или ювелирного стекла необходимого цвета изготавливают украшения, после чего предлагают их по тем же ценам, что и естественные. Известная имитация — фианит. Он очень похож на бриллиант, но его стоимость несопоставима с натуральными камнями. Выявить подделку путём нахождения твёрдости по Моосу несложно:
- когда у сапфира значение указывается 7, то велика вероятность, что сделан кабошон из кварца;
- если в паспорте на бриллиант показатель прочности — 8,5, а должен быть 10, становится понятно, что этот камень не имеет природного происхождения (у фианита показатель именно 8,5).
Иногда в доказательство того, что кристалл натуральный, приводят довод: он царапает стекло. Но надо знать, что ювелирное стекло также оставляет след на обычном. В таблице приведены значения для некоторых камней.
| Кристалл | Твёрдость по Моосу | Кристалл | Твёрдость по Моосу |
| Рубин | 9 | Агат | 6,5―7 |
| Александрит | 8,5 | Яшма | 6―7 |
| Шпинель | 8 | Амазонит | 6―6,5 |
| Топаз | 8 | Нефрит | 6―6,5 |
| Аквамарин | 7,5―8 | Рутил | 6―6,5 |
| Берилл | 7,5―8 | Родонит | 5,5―6,5 |
| Пироп | 7,5―8 | Обсидиан | 5―5,5 |
| Турмалин | 7,5―8 | Пурпурит | 4,5 |
| Циркон | 6,5―7,5 | Кораллы | 3―4 |
Шкала твёрдости Мооса, несмотря на относительность результатов, остаётся основным инструментом в геологических изысканиях. В полевых условиях каждый переносимый на себе килограмм веса на учёте, а для идентификации неизвестного образца породы достаточно простого ножа и стекла.
Сведения о твёрдости минералов в большинстве справочников приводятся в относительных величинах. Абсолютными значениями интересуется узкий круг специалистов. Другое направление преимущественного использования шкалы Мооса — ювелирное дело. Ориентируясь на показатели твёрдости кристаллов, выбирают способ обработки камня, вариант шлифования и нужные для этого станки и инструменты.
Читайте также: