Все своими руками

Твердость стали по шкале мооса

redactor

Твердость стали по шкале мооса

Что такое шкала твердости по Моосу для металлов и минералов.

Люди часто слышат о Шкале твердости по Моосу, когда речь идет о драгоценных камнях. Однако эта система также используется для ранжирования металлов. Давайте посмотрим, чем шкала может быть полезна потенциальному покупателю драгоценностей, и как она применяется для сравнения твердости металлов.

Что такое шкала твердости по Моосу.

Шкала Мооса — система, используемая для ранжирования материалов по их твердости, которая позволяет вести классификацию с помощью чисел от 1 до 10. Ее применяют, чтобы сравнивать прочность драгоценных камней, металлов и некоторых других материалов и оценивать их относительную долгосрочность.

Оценка металла по шкале Мооса берет за основу то, насколько легко образец может быть поцарапан другими металлами. Например, коэффициент твердости золота — 2,5-3, что значительно ниже коэффициента твердости большинства других материалов.

В то время как графит и некоторые виды пластика стоят на одном конце шкалы, имея значение 1, то на другой ее конец ставится алмаз, одно из самых твердых веществ на Земле. Он оценивается в 10 баллов.

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:

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.

Как применить шкалу твердости для металлов.

Когда Вы решились на покупку изделия из драгоценного металла, но колеблетесь, украшение из какого материала предпочесть, то поможет именно шкала твердости по Моосу.

Сравнив коэффициенты, Вы определитесь с предварительным выбором и сможете решить, подходит ли Вам это изделие еще и по цене.

Например, платина гораздо более надежна, чем серебро, и в целом, более твердые служат дольше при постоянной носке. Однако платина, также, намного дороже серебра, таким образом, необходимо подумать, готовы ли Вы заплатить дополнительную цену за прочность.

Твердость металлических сплавов.

Шкала Мооса для каждого металла означает твердость в его чистом состоянии, т.е. без любых других материалов, смешанных с ним.

Однако в действительности почти все металлы, используемые в драгоценностях, объединяют с другими для создания более прочного или более дешевого материала.

Например, золото часто смешивается с никелем, цинком, медью и другими металлами для придания ему дополнительной твердости.

Точно так же, когда к вольфраму, имеющему коэффициент твердости 7,5 в чистом виде, добавляют углерод, получившийся карбид вольфрама будет иметь коэффициент уже 8.5-9 по Шкале твердости Мооса.

Комплект для определения твердости минералов

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.

Некоторые используют легкодоступные предметы для быстрого испытания. Например геолог может иметь карманный нож, которым можно определить является ли образец тверже или мягче чем значение 5-6,5 по Моосу.

Ниже представлена расширенная таблица веществ, минералов, драгоценных камней:

Вещество или минерал Твердость по Моосу
Пирофиллит, молибденит 1-2
Боксит, уголь 1-3
Лимонит 1-5
Лед, сахар, галлий, стронций, индий, олово, барий, таллий, свинец, графит 1,5
Гипс, кальций 1,5-2
Сера 1,5-2,5
Сильвит, глауконит, кадмий, селен 2
Каменная соль, киноварь, хлорит, висмут, янтарь 2-2,5
Мусковит 2-3
Серебро, золото, галенит, медь, биотит, слюда 2,5-3
Алюминий, известняк, кальцит, борная кислота, нитрофоска 3
Арагонит, витерит, ангидрит 3-3,5
Жемчуг, латунь, мышьяк 3-4
Серпентин 3-5
Сфалерит, родохрозит, малахит, доломит, куприт, халькопирит, азурит, барит 3,5-4
Сидерит, пирротин, доломит 3,5-4,5
Флюорит, бронза фосфористая 4
Мрамор 4-5
Зубная эмаль, асбест, апатит, марганец, цирконий , палладий , обсидиан 5
Титанит, монацит 5-5,5
Нефрит, уранинит, ильменит, энстатит, керамогранит (полированный) 5-6
Магнетит 5-6,5
Нефелин, авгит, арсенопирит, актинолит, бустамит, кобальтит 5,5-6
Родонит, диопсид, опал, железняк красный 5,5-6,5
Титан, германий , ниобий , родий , уран 6
Рутил, пирит, пренит, плагиоклаз, ортоклаз, амазонит, андезин, анортоклаз, бенитоит, гельвин, иридий 6-6,5
Кремний 6,5
Яшма 6,5-7
Агат, цоизит, эпидот, касситерит, пиролюзит 6-7
Марказит 6-7,5
Гранит, танзанит, сподумен, оливин, жадеит, аксинит, хризопраз, жадеит 6,5-7
Силлиманит, гранат 6,5-7,5
Кварц, каменная галька, аметист, авантюрин, форстерит, осмий, силикон, рений , ванадий 7
Турмалин, кордиерит, альмандин, борацит, кордиерит, данбурит 7-7,5
Циркон, андалузит, эвклаз, гамбергит, сапфирин 7,5
Изумруд , закаленная сталь, вольфрам, шпинель, берилл, бериллий, аквамарин, красный берилл, ганит, пейнит 7,5-8
Топаз, Фианит 8
Хризоберилл, александрит, холтит 8,5
Керамогранит (неполированный) 8,5
Корунд, рубин, сапфир, алунд, хром 9
Муассанит, бор 9,5
Карборунд 9-10
Алмаз, карбонадо 10

© 2014-2020 Все права на материалы, находящиеся на сайте, охраняются в соответствии с законодательством РФ.

Что такое твердость стали? (ч.1)

Понятие твердости металлов раньше было известно только выпускникам технических вузов, рабочим машиностроительных заводов и мастерам кузнечного дела. В обиход современного ножемана этот термин вошел вместе с принятием закона об оружии и ГОСТов, которые приводят признаки, на основании которых нож может быть отнесен к холодному оружию.

Одним из обязательных признаков, по которым то или иное изделие относится к холодному оружию является твердость стали из которой выполнен клинок ножа (или как это называется в ГОСТе — боевая часть холодного оружия). И начиная с этого момента, найфоманы в России начали потихоньку почитывать справочники в которых приводятся характеристики разных сталей, пояснения в различии порошковых и ламинированных сталей, ну и конечно показатели твердости стали, те самые заметные HRC.

Если один автолюбитель сможет спросить другого о том, сколько «кубиков в движке», то продвинутый найфоман, посмотрев на характеристики полевого ножа в которых указано «57-59 HRC» может на полном серьезе определить, что это модель хлипковата для бушкрафта и ей место на кухне.

Данная статья в простой и понятной форме расскажет о том, что же за зверь такой HRC, откуда от взялся и зачем он вообще нужен.

Интересный факт: На американских и европейских сайтах в числе параметров, которые указывают продавцы или производители крайне редко встречается такой параметр, как твердость стали.

Законодательно этот вопрос никак не регулируется, вот и не нужен этот параметр обычному неискушенному покупателю.

Итак, что же нам нужно знать о твердости металлов?

Человек издревле столкнулся с понятием твердости материалов. А также достаточно быстро понял, что различные материалы отличаются друг от друга по твердости и прочности. Если ударить палкой по камню, то палка либо сломается, либо отскочит. Если ударить камнем по палке, то палка сломается. Если кокос упадет с дерева на галечный пляж, то разобьется. А если долго и старательно бить кремнем по более мягкому камню, то вполне себе можно изготовить голову для каменного топора.

Постепенно, в процессе эволюции наши с вами предки поняли, что различные материалы имеют различную твердость, и в зависимости от этой твердости обладают или не обладают нужными свойствами. Так родился способ определения твердости материла, посредством сравнения его с неким эталоном.

Так, хороший плотник может определить степень усушки бревна постукивая по нему киянкой, выполненной из дерева более твердой породы. Гончар с помощью специального молоточка может определить степень готовности глиняной посуды. Вольно или невольно, каждый из нас хоть раз в жизни прибегал к аналогичному способу определения твердости предмета.

Однако, самым распространенным методом определения твердости материала до недавнего времени был склерометрический метод. Склерометрия представляет собой физический процесс, когда проверяемый материал царапает (или царапается) некий эталонный образец. Если проверяемый материла царапает эталон — значит проверяемый материал тверже.

Если проверяемый материал не может оставить следа на эталоне и при этом сам легко царапается эталоном — значит проверяемый материал имеет твердость меньше чем у эталона. Сейчас такая процедура кажется нам смешной, но до недавнего времени, это был единственный способ определить твердость материала. А как еще древние шумеры могли определить, что можно наносить надписи острой палочкой на почти засохшую глину?

Вопрос с определением твердости материалов (особенно камней и металлов) остро встал в конце XVIII и начале XIX веков, с развитием геологии и началом расцвета машиностроения.

Именно к этому времени относится появление известной всем физикам и археологам «шкалы Мооса». Однако, первым кто предложил измерять твердость металлов посредством их сравнения с эталоном был французский естествоиспытатель середины XVIII века Рене Антуан Реомюр.

Реомюр активно проводил эксперименты, связанные с плавлением и обработкой металлов и поэтому перед ним остро стоял вопрос определения различных характеристик тех сплавов, которые он получал в процессе своих изысканий.

Его идеи подхватил и развил немецкий естествоиспытатель и геолог Карл Фридрих Христиан Моос. В 1811-м году он придумал систему эталонного сравнения минералов, которая теперь носит его имя. Примерно до середины XX века это шкалой активно пользовались разведывательные геологические партии по всему миру.

Шкала Мооса представляет собой сравнительную таблицу в которой указаны различные по твердости известные минералы и указана их твердость измеряемая в критериях:

К самому мягкому эталонному минералу относится таль, к самому твердому минералу отнесен алмаз. Твердость талька по шкале Мооса составляет «1», твердость алмаза составляет «10». Между тальком и алмазом по мере возрастания твердости расположены: гипс (твердость 2), кальцит (твердость 3), флюорит (твердость 4), апатит (твердость 5), ортоклаз (твердость 6), кварц (твердость 7), топаз (твердость 8), корунд (твердость 9). Такой простой способ определения твердости минералов оказался незаменим в полевых условиях.

Помимо шкалы Мооса, существуют другие способы определения твердости материалов, которые получили активное развитие в конце XIX и в начале XX века. Обычно выделяют четыре самых известных способа определения твердости металлов:

Забегая вперед, заметим: все эти методы похожи между собой, так как основаны на вдавливании эталонного образца в поверхность металла. Различаются только форма эталона, сила давления, формула расчета величины.

Элемент, который вдавливается в поверхность металла, называется «индентор». В качестве индентора могут использоваться стальной шарик (метод Бринелля), алмазный конус (метод Роквелла), алмазная пирамидка (методы Виккерса и Шора).

Что такое шкала Мооса и как по ней определить подделку

При характеристике каждого самоцвета описывается его твёрдость по шкале Мооса. А известно ли вам, почему именно по ней сравниваются все минералы и что значат указанные цифры?

Предлагаем расширить свой кругозор.

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:

  1. Поддаются царапанью ногтем.
  2. Не поддаются ногтю, но от ножа появляется царапина.
  3. Не остается след от ножа и не появляются искры.
  4. 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.

Суть метода и поиски учёных

Принцип метода оказался прост: Моос взял гипс и не смог им поцарапать ни один другой камень. Его твёрдость он условно определил как 1.

Следующие минералы он расположил в порядке возрастания твёрдости. Последним камнем под номером 10 оказался алмаз, который не мог поцарапать ни один другой самородок.

Например, твердость равна 7 в том случае, если ни исследуемый самоцвет, ни кварц не повреждают друг друга.

Выбранные эталоны

Учёный выбрал 10 минералов, соответствие одному из которых и называется твёрдостью по шкале Мооса.

В таблице перечислены минералы – эталоны твёрдости.

Минерал Свойства
1 Тальк Легко царапается даже ногтем, сам не повредит ни одному минералу. Твёрдость графита примерно та же, именно поэтому в качестве подручного материала при проверке нередко используется простой карандаш.
2 Гипс Повреждается ногтем и оставляет царапины на тальке.
3 Кальцит Царапает предыдущий эталон.
4 Флюорит Повреждает предыдущий эталон, сам царапается ножом.
5 Апатит Твёрдость стекла по шкале Мооса 5,5. Следовательно, самоцвет тоже можно повредить стеклом, прилагая большую силу.
6 Ортоклаз Царапает стекло при сильном надавливании, сам повреждается напильником из стали.
7 Кварц Прочнее стекла и мягче алмаза.
8 Топаз Прочный минерал, царапающий кварц, стекло. Шлифуется инструментами с алмазным напылением.
9 Корунд Уступает лишь алмазу.
10 Алмаз Максимально твёрдый.

Количественные величины

Шкала Мооса – отражение относительной прочности камней. То есть, если на первом месте стоит тальк, а на 10 – алмаз, то это не значит, что разница между их твёрдостью кратна всего 10.

На самом деле алмаз твёрже талька в 1500 раз. Измеряется абсолютная твёрдость всех самородков на специальных приборах – склерометрах.

Вот так выглядит расширенная таблица минералов с абсолютными показателями.

Относительная величина Минерал Абсолютная величина
1 Тальк 1
2 Гипс 3
3 Кальцит 9
4 Флюорит 21
5 Апатит 48
6 Ортоклаз 72
7 Кварц 100
8 Топаз 200
9 Корунд 400
10 Алмаз 1500

Кажущиеся недостатки

Несмотря на условность показателей, все попытки доработать шкалу не получали признания. Учёным казалось неверным брать за эталон кальцит из-за того, что его твёрдость меняется. Но аналогичный ему минерал галенит также не стал идеальным по этому показателю.

Поэтому единственной признанной во всем мире системой классификации минералов по твёрдости остается шкала Мооса.

Научные изыскания

Существуют и другие классификации минералов по твёрдости: Кнупа, Бринеля, Роквела или Виккерса. В их основу положена устойчивость камня не к царапанью, а к вдавливанию.

Измерение производится на специальном приборе, надавливающем на минерал с заданной силой. По формуле на основании силы и соответствующей ей глубины ямки рассчитывается прочность. Аппараты различаются между собой, поэтому и цифры получаются разные, не позволяя сравнивать величины разных методов.

Другие учёные придумали технически более сложные способы расчёта. Несмотря на точность показателей, большинству людей понятнее и привычнее сравнивать твёрдость камней по шкале Мооса.

Шкала твёрдости Мооса для металлов

Царапать можно не только минералы, но и металлы. Определение их твёрдости необходимо в машиностроении, на промышленных предприятиях.

Что это такое

Принцип для металлов аналогичен шкале минералов. Первое место в ней занимает олово с показателем 1,5, а на последнем – карбид вольфрама с твёрдостью 9. Сталь по шкале Мооса располагается в середине (4–4,5), с ней часто делают сплавы для повышения прочности мягких металлов.

Почему нужно знать твёрдость металлов

От показателя зависит:

Металлические сплавы

Для ювелирных изделий чаще всего используются сплавы драгоценных металлов. Смешивание мягкого и дешёвого металла с более твёрдым способно повысить прочность сплава, не увеличивая его стоимость.

Шкала Мооса для минералов

Шкала, предложенная Карлом Моосом, позволяет отнести минерал к тому или иному классу и сравнить их между собой. Важно понять, что она относительна, а абсолютная твёрдость измеряется только прибором под названием склерометр.

Понятие твёрдость минерала

Твёрдостью минерала в научной терминологии обозначается свойство предмета сопротивляться внедрению другого твёрдого тела.

Принцип работы по шкале

Умея работать со шкалой, легко вычислить класс, к которому принадлежит найденный материал.

Например, геолог во время работы находит самородок. Помимо внешних характеристик он может определить твёрдость, проведя по камню лезвием ножа. Если на нём не остаётся царапины, то показатель выше 6. Затем этим самоцветом пробуют повредить стекло: в зависимости от результата присваивается показатель прочности.

Возможность определения класса минерала подручными средствами

Принципом определения прочности минералов по Моосу в настоящем активно пользуются геологи, археологи, искатели драгоценных минералов. Камнерезы определяют возможность обработки породы тем или иным минералом.

Например, твёрдость гранита по шкале Мооса 5–7, что позволяет инструментами на его основе обрабатывать многие самородки. При отсутствии эталона используются соответствующие им по прочности подручные материалы.

Твёрдость Эталон
1 Грифель простого карандаша
2 Каменная соль
2–2,5 Ноготь
2,5–3 Твёрдость золота по шкале Мооса
3,5 Медная монета
4–5 Гвоздь
5,5 Стекло
6 Нож
6,5 Напильник (сталь)
7 Напильник (закалённая сталь)
8 Минерал повреждает стекло
9–10 Разрезает стекло

Имитации камней

Умея пользоваться шкалой и зная её показатели, можно отличить подделку от натуральных камней. Так, обычный напильник может легко повредить подделку из стекла, а вот драгоценный камень останется целым.

Замечания

Шкала позволяет оценить прочность материала лишь приблизительно и сравнить образцы между собой.

Непостоянная величина

Изобретенная Моосом шкала не учитывает слоистое строение некоторых камней и различия в спайности пород. Поэтому при повреждении разных участков одного и того же минерала показатели твёрдости могут различаться.

На показатель влияют примеси в самоцвете, вариации ориентации кристаллической решётки.

Между целыми числами

Не каждый минерал относится к строго определённой группе. Самоцветам присваивается дробный показатель. Пример: твёрдость агата по шкале Мооса 6,5. Следовательно, он повреждает ортоклаз, но и следующий эталон – кварц –царапает агат.

Твердость стали по шкале мооса

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.

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.

Шкала твёрдости Мооса 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.

Шкалу твёрдости Мооса в технической литературе изображают, как правило, в виде сравнительной таблицы. Для наглядности иногда её сопровождают фотографиями минералов — эталонов шкалы твёрдости.

Шкала твёрдости Мооса удобна ещё и тем [3], 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

Автор обзора: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Лит.:

  1. Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.: ил. ISBN 5-217-00241-1
  2. Большая Советская Энциклопедия — М., 1969-1978.
  3. The Mohs Mineral Hardness Scale. By Andrew Alden // About.com: Geology. [Электронный ресурс], 2010 — Режим доступа: http://geology.about.com/od/scales/a/mohsscale.htm , свободный. — Загл. с экрана.
  4. Mohs Hardness Scale // ScienceViews.com — an image filled educational website featuring animals, herbs, petroglyphs, pictographs, rock art, reptiles, bugs, birds, mammals, nature, parks, and outdoor online science for your enjoyment, research and learning. [Электронный ресурс], 2003-2008 — Режим доступа: http://scienceviews.com/ , свободный. — Загл. с экрана.

Конкурс «Я и моя профессия: металловед, технолог литейного производства». Узнать, участвовать >>> —>

10 ступеней шкалы Мооса

Кто на свете всех… тверже? Это вовсе не праздный вопрос. У технических специалистов практическая цель: какой материал каким можно обрабатывать, а какой отложить в сторонку? Шкалу относительной твердости минералов, то есть рейтинг минералов по твердости, придумал немецкий минералог и геолог Карл Фридрих Христиан Моос. В 1811 году он предложил выбрать 10 эталонных минералов, расположив их по мере возрастания твердости. А твердость остальных сравнивать с эталонными. Например, если один минерал оставляет царапины на эталоне уровня 2, а на нем самом остаются отметки от эталона уровня 3, то значит твердость нашего минерала где-то 2-3. Как вы догадываетесь, точность характеристик у Мооса была весьма приблизительной, но его шкала твердости прижилась и используется по сей день, несмотря на то, что появились новые методы измерений, специальные инструменты и более точные параметры измерения твердости. Вероятно, дело в удачно выбранных эталонных минералах. Так что же это за ступеньки в лестнице твердости по Моосу?

1. Тальк

Пожалуй, что не найдется человека, который никогда в жизни не сталкивался с тальком. Но в определенном возрасте: тальк используют в качестве детской присыпки. Тальк обрел популярность с развитием резиновой промышленности: пересыпанные тальком резиновые поверхности не слипаются между собой и не так изнашиваются при трении друг о друга. Поэтому тальк можно встретить внутри резиновых перчаток, велосипедных шин. Жирный на ощупь тальк уменьшает трение, поэтому ошибается тот, кто считает, что именно тальком натирают руки тяжелоатлеты и гимнасты. Все не так: спортсменам нужно улучшить сцепление рук со снарядами, их белый порошок – это магнезия.

Пищевая добавка Е553b – это тоже тальк. Как и составная часть некоторых таблеток и косметических средств. Так что тальк употребляют не только наружно, но и внутрь. Первое место на шкале Мооса тальку обеспечил тот факт, что на нем может оставить черту даже ноготь, а им самим не поцарапать никакой минерал.

Одну ступеньку с тальком делит минерал графит. Запомним это, а удивляться будем после.


2. Гипс

Второй эталон твердости тоже знаком всем, хотя бы по названию. Все знают, что если порошок гипса развести в воде, то полученной кашицей можно загипсовать, то есть зафиксировать в неподвижности ногу-руку. Эту кашицу можно залить в форму и получить розетку или карниз, или скульптуру, можно сделать из нее массу других несиловых строительных конструкций. Не все знают, что порошок для этих операций – это не просто измельченный минерал, а предварительно обожженный, нагретый. Тогда он и приобретает нужные свойства – размягчаться, а потом застывать. Свойства эти замечены и используются издревле: в Сирии обнаружены гипсовые статуэтки конца четвертого тысячелетия до нашей эры. Точнее сказать, статуэтки не гипсовые, а алебастровые: алебастр – это тоже гипс, только его зернистая разновидность. Мы привыкли к белым гипсу и алебастру, но встречается минерал других цветов: розовый, желтый. В США, Италии и Китае отыскали даже черный алебастр.

Гипс тоже можно поцарапать ногтем, а сам он оставляет следы на тальке. Вот вам и вторая ступень.

3. Кальцит

Кальцит – это, выражаясь языком химиков, карбонат кальция, то есть кальциевая соль угольной кислоты. На геологическом языке это породообразующий минерал. Кальцит входит в известняки, мергели, мел. Мрамор целиком состоит из кальцита. А биологи называют кальцит самым распространенным биоминералом: из него состоят раковины и скелеты беспозвоночных.

Кристалл кальцита – то, например, кристалл исландского шпата, чудесного минерала, в котором впервые обнаружили двойное лучепреломление, то есть разделение падающего на кристалл луча света на два. Так вот этим кристаллом вполне можно провести заметную черту на гипсе. Сам кальцит царапается медной монетой. И не только кальцит. Такая же твердость по Моосу, например, у золота и серебра. А вот эталон все же кальцит. Наверное, потому, что чаще встречается.

4. Флюорит

Эталон 4-й ступени шкалы Мооса часто называют плавиковым шпатом. Название флюорит, то есть «текучий» на латыни, минерал получил по основному применению: в металлургии его добавляют в расплав, чтобы получились легкоплавкие шлаки. А вот от названия плавиковый шпат пошло название фтористоводородной кислоты – плавиковая кислота. Производство плавиковой кислоты, которая растворяет стекло, – это еще одно современное применение флюорита.

Минерал известен издавна: в древности из него делали всякие красивые мелочи – вазочки, шкатулки, посуду, украшения. Флюорит бывает разных цветов: желтый, зеленый, синий, красный, даже фиолетово-черный. Безделушки из него получались красивые и ценились выше золота. При нагревании минерал светится, что придает изделиям из него особый шарм.

Флюорит используют в ювелирной промышленности до сих пор. Из редких бесцветных кристаллов делают линзы. Обрабатывать такие линзы легко, ведь флюорит легко царапается ножом или стеклом.

5. Апатит

Странное название – от греческого слова со значением «обманываю» – этот минерал из класса фосфатов получил за то, что его многообразные виды часто вводили в заблуждение горе-специалистов, и они путали апатит то с бериллом, то с турмалином, то еще с чем-нибудь. Моос рассчитывал, что апатит обманывать впредь не будет, и назначил его эталоном для пятой ступени твердости минералов. Апатит, в отличие от флюорита, уже с трудом царапается ножом и стеклом. Вот эта небольшая разница и переводит апатит на другую ступень шкалы Мооса.

Апатит – сырье для производства фосфорных удобрений, фосфора и фосфорной кислоты. Для ювелирной промышленности кристаллы апатита подходят мало. Самый крупный кристалл, пригодный для ювелирного использования, нашли в Кении, весил он 147 карат, то есть меньше 30 граммов.

Промышленные месторождения апатитов не очень многочисленны. И самое большое в мире – Хибинское на Кольском полуострове в России. Там даже город Апатиты есть.


6. Ортоклаз

Ортоклаз, как и кальцит, очень распространенный породообразующий минерал из класса силикатов. Он относится к полевым шпатам. Ортоклаз – это, иначе говоря, калиевый полевой шпат.

Как ювелирный или поделочный камень значения практически не имеет. Прозрачные или слегка желтые кристаллы родом с Мадагаскара иногда гранят в угоду коллекционерам. Используют ортоклаз как сырье для производства фарфора и электрокерамики.

Ортоклаз можно царапать напильником, и Моос назначил его эталоном в своей шкале под номером шесть.

Примерно такую же твердость – от 5,5 до 6,5 имеет куда более привлекательный опал. Но эталоном его не назначить: разновидностей много, а твердость у них колеблется. Зато многообразие видов и расцветок опала делают его замечательным поделочным камнем. Он известен с древности, и это подтверждает, в частности, его название: ведь на санскрите «упалах» это просто «камень».

7. Кварц

Химическая формула кварца проста: SiO2, то есть диоксид кремния. Кварц – самый распространенный минерал в земной коре: по массе он составляет более 60%. Кварц видели все – это обыкновенный песок. А еще авантюрин, агат, горный хрусталь, аметист, цитрин, кошачий глаз, соколиный глаз, тигровый глаз и прочая и прочая.

В массе своей обыкновенный кварц идет на изготовление стекла, в том числе особого кварцевого, и керамики. Кристаллы кварца обладают свойством вырабатывать электрический заряд на поверхности при деформации, такие материалы называют пьезоэлектрики. И применяют их в разнообразной современной аппаратуре.

Многочисленные разноцветные виды кварцев – ювелирные камни. Известны в этом качестве с древности и едва не на всех континентах. Интересное применение аметисту нашли древние греки: они опускали кристалл в сосуд с вином и разводили вино водой до цвета аметиста. И только тогда пили.

Мооса ни история, ни красота кварца не волновали. Достаточно было свойств: кварцем можно слегка поцарапать стекло, а сам он обрабатывается алмазом. Этого достаточно, чтобы угодить в эталоны седьмого уровня.

8. Топаз

Эталон восьмой ступени шкалы твердости, камень, которым можно поцарапать стекло и даже кварц, выбран достойный. Полудрагоценный камень топаз получил свое название по месту первых находок на острове Топазиос в Красном море. А на Урале его звали «тяжеловесом»: удельный вес у него большой. Русские топазы, по мнению знаменитого минералога академика Ферсмана, «занимают исключительное место среди топазов всего света». В уральской Мурзинке топазы нежно-голубые, в Санарке и Каменке – красновато-фиолетовые, на украинской Волыни голубые и винно-желтые. В 1965 году там нашли винно-желтый топаз весом 117 килограммов. Рекорд же массы у бразильского топаза из провинции Минас-Жерайс, он весил 5 тонн 8 центнеров.

Кстати, именно пятью топазами украшен знаменитый орден «Золотого руна», который хранится в Алмазном фонде России. А вот на королевскую корону Португалии топаз попал по ошибке: камень бразильского происхождения был прозрачным. И его спутали с алмазом.

9. Корунд

Почти вершина твердости, эталон девятой ступени шкалы. Обработать корундом можно практически всё, его же – только алмазом.

Драгоценные камни рубин и сапфир – это тоже корунды. На Руси их называли яхонтами, соответственно, алым и лазоревым. Так что будете к кому эпитет яхонтовый прилагать, так не забывайте, что это свидетельство не только красоты и высокой цены, но еще и твердости.

Кроме красного и синего встречаются еще корунды зеленые и фиолетовые. Эти называют восточными изумрудом и аметистом. Желтые и оранжево-желтые корунды называют красивым словом падпараджа. Лейкосапфир или восточный алмаз – прозрачный корунд. Все эти камни имеют ту или иную ювелирную ценность. Рубин – высокую, сапфир – чуть ниже, и так далее.

Но есть еще и корунд обыкновенный – непрозрачный, сероватого цвета. У него ценность техническая. Твердость отправляет корунд в абразивные материалы, а высокая температура плавления – в огнеупоры. И всюду он хорош.

10. Алмаз

Вот и вершина шкалы твердости. В 1600 раз тверже эталона №1 – талька. На нем нельзя оставить отметину никаким другим минералом. Стекло алмаз режет как. Как алмаз и режет. И вот ведь удивительные шутки природы: графит с первой ступени твердости и алмаз – один и тот же химический элемент, углерод. Только, говоря мудреными химическими словами, аллотропные формы разные.

Еще древние греки называли этот камень несокрушимый – адамас. В алмаз это слово переделали арабы. Но не думайте, что кристалл алмаза такой уж несокрушимый, он твердый, но хрупкий: ударить покрепче, и он рассыплется.

Алмаз не только самый твердый, но и драгоценнейший. Как бы высоко не ценились рубины-сапфиры-изумруды, бриллианты, то есть ограненные алмазы, ценятся выше. И остаются самыми лучшими друзьями девушек.

Помимо прозрачных и бесцветных встречаются еще желтые, розовые, голубые, зеленые и даже красные камни. Алмазы находят в Африке, Азии, Австралии, Америке. По добыче алмазов Россия занимает второе место в мире. А недавно обнародована информация о мощнейшем месторождении – в триллионы карат – на границе Якутии и Красноярского края.

Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.