Шкала мооса: твердость и прочность в таблицах, суть метода и принцип, классификация пород, примеры камней относительно шкалы, другие способы

Шкала Мооса – это таблица относительной твёрдости минералов.

Разработанная и предложенная ещё в 1811 году, она, как и сам метод выявления твёрдости, быстро получили признание у геммологов и используются до сих пор.

Главной причиной такой популярности является лёгкость способа определения твёрдости, при котором отсутствует необходимость использовать специализированные средства.

Суть метода Шкала Мооса Шкала Мооса: твердость и прочность в таблицах, суть метода и принцип, классификация пород, примеры камней относительно шкалы, другие способы

Предложенный Фридрихом Моосом способ выявления прочности весьма оригинален – процарапывание исследуемого минерала материалом с известной твёрдостью. По реакции материала можно определить, является ли исследуемое вещество твёрже или мягче своего определителя. Способ оценки весьма груб, но в достаточной мере эффективен и прост, когда необходимо проверить качество камня.

Важно иметь в виду, что шкала твёрдости Мооса является лишь сравнительной таблицей, линейной шкалой твёрдости она не является, и какого-либо количественного значения не имеет.

Шкала Мооса: твердость и прочность в таблицах, суть метода и принцип, классификация пород, примеры камней относительно шкалы, другие способыТакже следует помнить, что, благодаря кристаллической структуре, твёрдость минералов, в различных направлениях спайности, может сильно отличаться. Кроме того, один и тот же кристалл может иметь разную твёрдость из-за различий в составе, и некоторых иных факторов. Несмотря на то, что многие камни имеют твердость довольно широкого диапазона, шкала Мооса с успехом применяется до сих пор.

Главной причиной популярности этого способа является то, что он является удобным прикладным способом определения твёрдости, его можно с успехом применять, используя подручные средства, такие как простое стекло, нож или ноготь человека.

Эталоны шкалы твердости по шкале Мооса

Шкала Мооса включает в себя 10 пунктов, каждый из которых соответствует определённому минералу. От самого мягкого до самого твёрдого минерала эта шкала выглядит следующим образом:

  1. Шкала Мооса: твердость и прочность в таблицах, суть метода и принцип, классификация пород, примеры камней относительно шкалы, другие способыТальк – (абсолютная твёрдость 1). Обладает наименьшей прочностью из всех представленных в таблице веществ, его можно поцарапать ногтём. По твёрдости он сравним с графитом, поэтому заменой тальку при практической проверке может являться обычный мягкий карандаш.  
  2. Гипс – (абсолютная твёрдость 3). Тоже может царапаться ногтем, но оставляет на тальке царапины.
  3. Кальцит – (абсолютная твёрдость 9). Способен оставить на гипсе царапину, но сам царапается медной монетой.
  4. Флюорит – (абсолютная твёрдость 21). Оставляет царапины на кальците, но сам царапается стеклом или ножом.
  5. Апатит (абсолютная твёрдость 48). Прочность стекла составляет 5,5 по этой шкале, поэтому оно и на апатите оставляет следы, но для этого нужно применить больше усилий.
  6. Ортоклаз – (абсолютная твёрдость 72). При достаточном давлении оставляет царапины на стекле, обрабатывается напильником.
  7. Кварц – (абсолютная твёрдость 100). Легко царапается алмазом и оставляет на стекле царапины.
  8. Топаз (абсолютная твёрдость 200). Этим минералом можно поцарапать и стекло, и даже кварц, обрабатывается алмазом.
  9. Корунд – (абсолютная твёрдость 400). Минерал, твёрдость которого уступает только алмазу, поэтому часто используется как абразивный материал, в том числе для шлифовки драгоценных камней. Сам он может быть обработан только алмазом.
  10. Алмаз – (абсолютная твёрдость 1500). Самый прочный минерал из природных соединений. Ни одно вышеописанное вещество не способно оставить на нём след, сам же алмаз разрезает стекло.Шкала Мооса: твердость и прочность в таблицах, суть метода и принцип, классификация пород, примеры камней относительно шкалы, другие способы

Поскольку большинство материалов, твёрдость которых можно определить по этой шкале, обычно колеблется от двух до шести, их удобно определять подручными средствами, хотя они не всегда бывают достаточно точными.

Начинать проверку стоит со стекла, ведь оно стоит в центре данной шкалы.

Источник: https://drago-kamni.ru/shkala-moosa/

Как измерять твёрдость минералов при помощи шкалы Мооса

Шкала Мооса: твердость и прочность в таблицах, суть метода и принцип, классификация пород, примеры камней относительно шкалы, другие способыНа протяжении долгих лет естествоиспытатели сталкивались с проблемой определения минералов. Не хватало простого способа, не требующего сложного лабораторного оборудования. Им на помощь пришла шкала Мооса, позволяющая идентифицировать минералы по их твёрдости. Этот прибор до сих пор используют чаще всего в любительской минералогии и полевых условиях, когда под рукой нет современного оборудования.

История создания

Немецкий учёный Фридрих Моос создал шкалу твёрдости минералов больше 200 лет назад. В далёком 1811 году он впервые представил свою шкалу, предназначенную для определения минералов путём их царапанья.

Грубый метод оценивания прочности горных пород по сравнению с эталоном оказался чрезвычайно удобным для применения на практике.

Эталоны шкалы

В таблице шкалы Мооса находятся 10 различных горных пород, различающихся друг от друга. Минералы расположены в порядке увеличения их твёрдости, где под первым номером находится наиболее мягкий, а под десятым — самый прочный.

По какой шкале измеряют твёрдость минералов сейчас:

  1. Тальк. Один из наиболее мягких минералов, который легко поцарапать человеческим ногтем. С ним можно сравнить также графит.
  2. Гипс. Превосходит тальк приблизительно в два раза, но и он тоже поддаётся воздействию человеческого ногтя. Похожими качествами обладают кристаллы поваренной соли, янтарь, слюда и подобные ей хлориты.
  3. Кальцит. В три раза превосходит по твёрдости предыдущие минералы. Царапается медной монеткой или перочинным ножом. Близкими параметрами обладают благородные металлы — золото и серебро, а также гагат, биотит.
  4. Шкала Мооса: твердость и прочность в таблицах, суть метода и принцип, классификация пород, примеры камней относительно шкалы, другие способыФлюорит. Он же плавиковый шпат. На нём остаётся след от ножа или оконного стекла. Доломит, малахит и сфалерит обладают похожей твёрдостью.
  5. Апатит. Минерал, востребованный ювелирной промышленностью. Его с трудом можно поцарапать ножом. Оконное стекло способно оставить на нём малозаметный след. Гематит, лазурит, бирюза и обсидиан по своей твёрдости почти аналогичны апатиту.
  6. Ортоклаз. Он же полевой шпат, его твёрдость превосходит предшественника по таблице Мооса почти вдвое. Его можно поцарапать напильником, изготовленным из твёрдых сплавов. Опал, рутил, лунный камень имеют сходную прочность.
  7. Кварц. Он же горный хрусталь или кристаллический кварц. Царапает стекло. Поддаётся обработке при помощи алмаза или корунда. Гранат и турмалин обладают похожими характеристиками.
  8. Топаз. Царапает стекло. Обрабатывается с применением алмаза. Шпинель, аквамарин, изумруд, агат, аметист, гранат, турмалин имеют аналогичную твёрдость.
  9. Корунд. Превосходит топаз по твёрдости в четыре раза. При его обработке используются алмазы. Царапает стекло. Карбид вольфрама, сапфир и рубин — это разновидности корунда, обладающие сходной прочностью.
  10. Алмаз. По своей твёрдости приближается к теоретически возможной для объектов, имеющих материальную структуру, превосходя корунд в четыре раза. Режет стекло. К алмазу приближаются материалы, созданные на основе нитрида бора — эльбор, боразон и другие.

Шкала Мооса: твердость и прочность в таблицах, суть метода и принцип, классификация пород, примеры камней относительно шкалы, другие способы

Как пользоваться таблицей

Твёрдость материала по шкале Мооса определяется путём сравнения с эталоном из таблицы. Если исследуемый образец царапает апатит, находящийся на пятом месте в таблице, но не оставляет следов на ортоклазе, занимающем шестое место, то его твёрдость лежит в промежутке между 5 и 6.

Необходимо учесть при проведении измерений и некоторые их особенности:

  1. Если подбираются эталоны из шкалы Мооса себе самостоятельно, то стоит обратить внимание на то, что одни и те же минералы, но из разных частей света часто различаются по своим характеристикам. Алмазы из Австралии более твёрдые, чем добытые в ЮАР, а сапфиры родом из Шри-Ланки превосходят по прочности любой рубин. Сапфиры же из индийского Штата Кашмир — самые «мягкие» и уступают рубинам.
  2. Алмазный эталон вполне можно заменить сделанным из эльбора, т. е. нитрида бора.
  3. Начинать тестировать любой минерал имеет смысл с царапанья его стеклом. Делается это из-за того, что основное количество природных минералов расположены по шкале Мооса в диапазоне от 2 до 6, а твёрдость стекла по шкале Мооса равна 5.
  4. Разные плоскости одного и того же кристалла могут иметь различную прочность. Такие особенности характерны для кианита.
  5. Проверять драгоценные камни в ювелирных изделиях нужно с особой осторожностью, чтобы не испортить их. Лучше всего это делать со стороны оправы.

  Какой бывает нефритовый цвет: разновидности нефрита

Шкала Мооса: твердость и прочность в таблицах, суть метода и принцип, классификация пород, примеры камней относительно шкалы, другие способы

До настоящего времени шкала твёрдости Мооса не потеряла своего прикладного значения, невзирая на многочисленные попытки создать что-то более удобное и надёжное.

К успешным попыткам можно отнести создание так называемой шкалы Роквелла, фиксирующей глубину проникновения в исследуемый образец специального наконечника под определённым давлением. Этот метод, дающий не относительные, а абсолютные величины, используется при лабораторных исследованиях материалов.

Источник: https://kamen.guru/vidy/tvyordost-mineralov-pri-pomoshhi-shkalyi-moosa

Как определяется твердость камней по шкале Мооса

Шкала Мооса: твердость и прочность в таблицах, суть метода и принцип, классификация пород, примеры камней относительно шкалы, другие способыШкала Мооса для определения твердости камней является минералогическим методом изучения. Главный способ получения данных – царапание. Основной перечень известных науки минералов получили оценку твердости по представленной шкале. На основании данных было собрано 10 эталонов, по которым происходит ориентирование для определения твердости.

Фридрих Мооса разработал подобную шкалу еще в 1811 году, однако, несмотря на развитие науки и техники, она по-прежнему актуальна. Расстановка минералов производится по возрастанию от менее твердой породы. Геммологи на международном уровне пользуются грубым разграничением. Данный метод оказался крайне удобен, поэтому до сих пор интересен науке.

Ученые всего мира признают, что метод, при котором используется царапание, крайне интересен, но при этом невероятно прост. Немецкий ученый предложил взять за основание 10 пород минералов.

Результатом изучения стала специально разработанная шкала десяти пород.

Методом царапания в качестве эталонов приняты камни, степень прочности межмолекулярных связей которых располагается в шкале от самого мягкого до самого твердого.

Если говорить наглядно, что такое твердость камней по шкале Мооса, то стоит привести пример-объяснение. Самый мягкий минерал тальк не оставит царапин ни на одном из образцов из шкалы.

Читайте также:  Камень по имени: списки женских и мужских имен, какие минералы подходят и сочетание по гороскопу, свойства талисманов

Алмаз – последний в шкале, напротив, оставит след на любом камне натурального происхождения.

Таким образом, царапание одним из десяти эталонных образцов позволяет провести анализ относительной твердости и предположить абсолютную.

Например, зеленый прозрачный минерал, который будет легко царапаться топазом, а сам оставлять след на кварце, скорее всего, берилл. Или если минерал нашли на Урале, но он не повреждает поверхность горного хрусталя, но царапает ортоклаз 72, значит, перед нашими глазами хризолит. Показатель 8 единиц в таблице, который относится к хризобериллу, означает, что он царапает топаз.

Несмотря на простоту и нечеткость данного метода исследования, так как многие разновидности камней имеют в характеристиках сразу несколько уровней твердости, таблица используется учеными как прикладное средство диагностики.

Твердость имеет для геммологов практическое значение, на основании показателя выясняется целевое направление применения. Соответственно, абразивный износ значительно меньше.

Список камней, которые Моос принят за ориентир, собран в таблицу, низменную на сегодняшний день. Однако появились аналоги, которые немного доработали принцип диагностики.

  1. Тальк. Максимально мягкий минерал. По шкале его твердость равна единице. Может быть поцарапан даже ногтем, аналогичный параметр которого равен 2,5 единицам. Аналогом стоит считать графит.
  2. Гипс. Параметр по шкале в два раза больше предыдущего, однако его также легко поцарапать ногтем. Аналогами впору считать слюду, кристаллы поваренной соли и многие другие хлориты.
  3. Кальцит. Часто в научной литературе можно встретить название шпат. Находится на третьем месте по твердости, поэтому ногтем его уже не поцарапать. За основу есть смысл взять лезвие перочинного ножа. Показатель его твердости – 5,5. Также за эталон можно взять медь и ее сплавы, изделие из которых поцарапает кальцит. Сходен по твердости камень слоистый биотит. Интересно, что параметрами твердости 3 обладает червонное золото и чистое серебро.
  4. Флюорит. Называется плавиковый шпат. Может оставить след на камне стальной нож или осколок стекла, который в два раза превосходят по твердости минерал. Доломит и сфалерит имеют схожую твердость, но обладают меньшей эстетической привлекательностью.
  5. Апатит. Камень используют при создании ювелирных изделий, большинство стальных сплавов прочную поверхность не берет. Если сравнить с флюоритом, то его твердость в два раза выше. Обычное оконное стекло может поцарапать самоцвет, но оставит слабый неглубокий след. Аналогичен по твердости блестящий гематит и синий лазурит.
  6. Ортоклаз. Называется также полевым шпатом. В сравнении с апатитом, по шкале имеет большую твердость в два раза. Минерал характеризуется тем, что царапается только твердосплавными металлами, поэтому уже не царапается стеклом. Опал и ортоклаз находятся на одном уровне твердости в шкале Мооса, также к ним можно отнести врастающий в кристалл рутил.
  7. Кварц. По отношению к ортоклазу тверже в 1,5 раза. Воздействие производят корунды и алмаз. Горный хрусталь и гранат пироп нисколько не отличаются по твердости между собой.
  8. Топаз. Относится топаз к виду твердых самоцветов. Имеет твердость в два раза выше, нежели предыдущий экземпляр. Аналогичным параметром обладает шпинель и аквамарин.
  9. Корунд. Тверже топаза в четыре раза. В одном ряду стоят карбид вольфрама, рубины и кашмирские сапфиры.
  10. Алмаз. Эталон твердости. Среди камней природного происхождения разницы равных по твердости нет. В 4 раза тверже предыдущего уровня. Считается, что твердость материала находится на предельном уровне, среди существующих объектов.

Магические свойства и кому подходит алатырь

Для упрощения работы ученые разработали специальные эталонные острия, в которых встроены небольшие куски материалов, собранных в таблице.

Твердость можно считать косвенным подтверждением отношения материала к определенному происхождению. В работе при данном методе используется напильник, надфиль.

Эта процедура может быть выполнена только профессионалом, так как человек без опыта способен нанести тяжелый урон красоте камня. Ювелиры широко применяют данные знания при проверке на подлинность алмазов и бриллиантов.

Если камень имеет природное происхождение, то при попытке поцарапать поверхность ничего не произойдет. Искусственный бриллиант и алмаз не выдержат такой проверки.

Или же можно применить методику наоборот. Взять алмаз и поцарапать им камень на ступеньку ниже в таблице. Если след останется, то подлинность драгоценного камня подтвердится. Камень естественного происхождения оставит после себя глубокий след в сравнении с другими минералами.

Ювелиры используют современные методы диагностики подлинности, так как определение их твердости по шкале Мооса повреждает поверхность драгоценного камня. Чаще всего используется метод рефракции, то есть определение натуральности на основании преломления лучей.

Но до изобретения современных методов и технологий шкала Мооса была единственным способом определения подлинности.

Ювелиры вынимали камень из оправы и старались поцарапать в месте, где повреждение не будет заметно. При этом использовали собственноручно сделанными приборами с эталонными лезвиями.

Несмотря на то что на сегодня шкала Мооса является не самым точным методом изучения, специалисты всего мира используют ее повсеместно. Да и клиенту объяснить принцип получения информации при помощи указанного метода крайне просто. Получив данные о твердости, можно определить, как относиться к минералу, в каких условиях его содержать и прочие параметры.

Немного интересного о шкале Мооса

Шкала Мооса: твердость и прочность в таблицах, суть метода и принцип, классификация пород, примеры камней относительно шкалы, другие способыПроводя анализ природных камней по шкале Мооса необходимо правильно подбирать эталон и иметь в виду, что одна и та же разновидностей камней будет иметь различные характеристики в зависимости от происхождения. Например, сапфиры мягче, если они добыты на месторождении в Кашмире, но тверже, если на Шри-Ланке. Или же алмазы Австралии тверже южноафриканских.

Если шкала Мооса используется регулярно, рекомендуется собрать эталонные инструменты, лезвия которых будут встроены в металлические трубчатые оправы. Не все камни разрешается позволить использовать ввиду их стоимости. Например, алмаз можно заменить на аналогичный по параметру твердости эльбор. Данный камень относится к искусственным, но для шкалы твердости хватит.

Для оцарапывания необходимо выбрать ровную гладкую область. Движения аккуратные короткие. После нанесения царапины необходимо увеличить поврежденную область. Человеческий глаз без инструментов не всегда сможет точно определить характер повреждений.

Так как основная масса материалов природного происхождения имеет твердость не более 6 единиц, то целесообразнее сразу же приступать к царапанию апатитом или стеклом, которые обладают твердостью 5 единиц.

Стоит учитывать, что некоторые минералы имеют различную степень твердости на разных участках камня.

Если материал не имеет кристаллической структуры, то получить достоверный результат крайне сложно. Гематит в состоянии красной охры показывает ложный мягкий показатель.

Если проводится анализ ювелирного камня, который находится в изделии, то его необходимо аккуратно вынуть из оправы. Царапина проводится на области, скрытой под металлом. Если оцарапать видимую область, то ювелирная ценность снизиться.

Однако желание ученых разработать шкалу, которая будет давать точный результат, не увенчалось успехом. Популярность шкалы Мооса доказана годами использования профессионалами.

Источник: https://kamniinfo.ru/fakty/kak-opredelyaetsya-tverdost-kamnej-po-shkale-moosa.html

Шкала Мооса — Таблица твердости веществ и минералов

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

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.

Шкала Мооса: твердость и прочность в таблицах, суть метода и принцип, классификация пород, примеры камней относительно шкалы, другие способы

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.

  • 1 — Карандаш
  • 2 — Повареная соль
  • 2-2,5 — Можно поцарапать ногтем
  • 2,5-3 — Золото, серебро
  • 3 — Медная манета
  • 4-4,5 — Гвоздь
  • 4-5 — Железо
  • 5 — Стекло
  • 5-6,5 — Лезвие ножа
  • 6,5 — Стальной напильник
  • 7 — Легко царапает стекло
  • 7+ — Напильник из закаленной стали
  • 8 — Наждачная бумага, минерал очень легко царапает стекло
  • 9 — Минерал режет стекло
  • 10 — Используется как стеклорез

Ниже представлена расширенная таблица веществ, минералов, драгоценных камней:

Вещество или минералТвердость 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
Читайте также:  Известняк: свойства (химическая формула, плотность, твердость), где добывают и что делают из полезного ископаемого, применение, происхождение, разновидности и цвета, как выглядит натуральный минерал

Источник: https://BurenieInfo.ru/shkala-tverdosti-moosa/

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:

  • износостойкость изготовленных из металла деталей;
  • метод их обработки;
  • способность влиять на другие материалы.

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.

Читайте также:  Как добываю жемчуг из раковин в россии и мире: способы, добыча ловцами, культивация человеком, разница в добыче морского и речного минерала, месторождения

Источник: https://JewelryExpert.ru/interesno/shkala-moosa.html

Твердость веществ. Шкалы и методика

  • Под твердостью понимается способность тела противостоять внедрению в поверхностные слои инородных тел.
  • Эта способность зависит от свойств материала и от формы и свойств контртела.
  • В большинстве европейских стран принято определение твердости  по Бринеллю, а в Англии и США — по Роквеллу.
  • Но в обоих методах в поверхность изучаемого материала внедряется шаровой индентор.
  • Давление р по плоскости контакта при внедрении сферы в упругую плоскую поверхность распределяется по закону Герца:

где P-общая нагрузка на сферу; a-радиус круга давления (или площадки смятия);x- расстояние данной точки от центра круга давления.

Максимальное давление, равное , наблюдается в центре круга, а минимальное давление — на краю. Распределение давления по поверхности контакта имеет форму полуокружности.

Упругое перемещение h в произвольной точке площадки смятия определяется по формуле

  1. где m — величина, обратная коэффициенту Пуассона; E—модуль упругости материала.
  2. Отсюда следует, что перемещение в центре площадки (при х=0) в два раза больше, чем на краю площадки (при х=а).
  3. Радиус площадки смятия а определяется по формуле

где R- радиус кривизны индентора

Давление в центре круга р0 определяется по формуле

Радиус круга давления определяется опытным путем. С ростом Р увеличивается давление р вплоть до образования круговой трещины, что характерно для хрупких тел.

По Герцу, «абсолютная» твердость , равная ро в момент образования трещины, вычисляется по формуле

  • где Р* — общее усилие вдавливания в момент образования трещины; а — радиус круга давления.
  • Показатель «абсолютной» твердости по Герцу может быть определен только для хрупких тел, у которых, при внедрении нндентора образуется хрупкая трещина.
  • Твердость по Бринеллю Нк при вдавливании шарика определяют по формуле

где Р— максимальная нагрузка; D — диаметр шарика; h —глубина внедрения.

Метод определения твердости по Роквеллу также включает метод измерения глубины отпечатка под нагрузкой. Для этого он дополнен методом В, в котором определяется так называемая a-твердость по Роквеллу, прямо связанная с глубиной отпечатка под нагрузкой.

Наименование шкалы твердости Предварительная нагрузка, Н Основная нагрузка, Н Диаметр шарика, мм
R 98,1 589 12,7± 0,0025
L 98,1 589 6,35± 0,0025
М 98,1 981 6,35±0,0025
F 98,1 981 3,175± 0,0025
К 98,1 1472 3,175±0,0025
В 98,1 981 1,588± 0,0025

Твердость по Роквеллу (метод А) определяют по изменению глубины внедрения за цикл приложение предварительной нагрузки — приложение основной нагрузки— снятие основной нагрузки — выдержка под предварительной нагрузкой — измерение глубины отпечатка.

Шкала Е используется только для калибровки прибора в соответствии с требованиями стандарта. Обычно шкала Е используется для определения твердости чугуна, стали, алюминия и магния.

Шкала К применяется для определения твердости сталей и других мягких и тонких металлических материалов. В этом случае используются самый маленький шарик и наибольшая нагрузка, которые позволяют избежать влияния опорного столика при определении твердости тонких листов.

Шкала В используется для определения твердости сплавов меди, алюминия, малоуглеродистой стали, ковкого чугуна и других металлических материалов.

Условное обозначение шкал, которое записывается вместе с показателем твердости, позволяет идентифицировать размер шарика и величину основной нагрузки, при которой проводилось определение.

Прибор для определения твердости по Роквеллу принципиально мало отличается от прибора для определения твердости по Бринеллю 

Если прибор не градуирован в единицах Роквелла, то твердость по Роквеллу п r можно найти по формуле

  1. где h — глубина отпечатка после снятия основной нагрузки, мм.
  2. Если материал имеет меньшую твердость, чем это требует шкала R метода Роквелла, то твёрдость определяют на приборе Шора.
  3. Впереди численного значения твердости по Роквеллу указывается буквенное обозначение шкалы, на которой она определена.Например, твердость R 90
  4. Шкалы Роквелла несколько перекрывают друг друга, и поэтому для одного и того же материала можно получить твердость на двух шкалах.

Используется в основном для определения сравнительной твердости минералов

Немецкий минералог Фридрих Моос (1773—1839) предложил шкалу, согласно которой минералы группируются в соответствии с их относительной твердостью по десятибалльной шкале, которая называется минералогической шкалой твердости, или шкалой Мооса.

Каждый минерал, занимающий определенное место в этой шкале, царапает все минералы с меньшим значением твердости, но в то же время сам царапается стоящими выше него более твердыми минералами.

Минералы с равными значениями твердости не царапают друг друга.

Путем сравнения с этой шкалой может быть установлена твердость любого минерала — твердость по Моосу. Минералы с твердостью 1 и 2 считаются мягкими, от 3 до 6 — средней твердости, а выше 6 — твердыми. О минералах с твердостью 8—10 говорят, что они обладают твердостью драгоценных камней.

Шкала Мооса — относительная шкала. С её помощью может быть установлено лишь, какой минерал тверже. О том, насколько увеличивается в количественном выражении твердость от ступени к ступени по шкале Мооса, сказать нельзя.

В представленной ниже таблице эта шкала сопоставлена с абсолютными значениями твердости — это твердость шлифования в воде по Розивалю. Сопоставление показывает, как скачкообразно возрастает абсолютная твердость. Для неспециалиста определение абсолютной твердости, требующее сложной аппаратуры, практически невозможно.

Шкала  твердости Минерал Твердость по Моосу Твердость  шлифования
1 Тальк Скоблится ногтем 0,03
2 Гипс Царапается ногтем 1,25
3 Кальцит Царапается медной монетой 4,5
4 Флюорит Легко царапается перочинным ножом 5
5 Апатит С трудом царапается перочинным ножом 6,5
6 Ортоклаз Царапается напильником 37
7 Кварц Царапает оконное стекло 120
8 Топаз Легко царапает кварц 175
9 Корунд Легко царапает топаз 1 000
10 Алмаз Не царапается ничем 140 000

При определении твердости по Моосу следует пользоватся образцами с острыми краями и царапать на ровных свежих (не затронутых выветриванием) поверхностях.

У ребристых образований, листоватых кристаллов, выветреных с поверхности минералов значения твердости царапанья получаются заниженными.

Применение шкалы Мооса к горным породам в общем случае невозможно вследствие их гетерогенности — присутствия разнородных составных частей.

Главное достоинство шкалы Мооса заключается в простоте ее использования. С помощью эталонных образцов и наборов принадлежностей для царапанья твердость минералов можно легко определять в поле, во время прогулок и экскурсий. Если даже у вас под рукой нет контрольных образцов, то можно воспользоваться другими простыми вспомогательными средствами. Так, наш ноготь царапает минералы с твердостью до 2, перочинный нож — с твердостью до 5—6, стекло без труда царапается кварцем (его твердость по Моосу 7). Конечно, для профессиональной диагностики минерала или драгоценного камня определение твердости по Моосу слишком неточно. Кроме того, драгоценные камни при царапанье можно повредить. Поэтому в подобных случаях прибегают к определению так называемой твердости шлифования, которая измеряется количеством минерала, сошлифовывасмого с поверхности образца при определенных условиях.

Источник: https://abakbot.ru/online-8/221-tverdost-veshchestv-shkaly-i-metodika

Шкала Мооса — это… Что такое Шкала Мооса?

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

Предложена в 1811 году немецким минералогом Фридрихом Моосом.

Значения шкалы от 1 до 10 соответствуют 10 достаточно распространённым минералам от талька до алмаза.

Твёрдость минерала измеряется путём поиска самого твёрдого эталонного минерала, который он может поцарапать; и/или самого мягкого эталонного минерала, который царапает данный минерал.

Например, если минерал царапается апатитом, но не флюоритом, то его твёрдость находится в диапазоне от 4 до 5.

Предназначена для грубой сравнительной оценки твёрдости материалов по системе мягче-твёрже.

Испытываемый материал либо царапает эталон и его твёрдость по шкале Мооса выше, либо царапается эталоном и его твёрдость ниже эталона.

Таким образом, шкала Мооса информирует только об относительной твёрдости минералов. Например, корунд (9) в 2 раза твёрже топаза (8), но при этом почти в 4 раза менее твёрдый, чем алмаз (10).

В приведённой ниже таблице приведено соответствие твёрдости по шкале Мооса с абсолютной твёрдостью, измеренной склерометром.

Твёрдость по Моосу
Эталонный минерал
Абсолютная твёрдость
Изображение
Обрабатываемость
Другие минералы с аналогичной твердостью
1 Тальк (Mg3Si4O10(OH)2) 1 Царапается ногтем Графит
2 Гипс (CaSO4·2H2O) 3 Царапается ногтем Галит, хлорит, слюда
3 Кальцит (CaCO3) 9 Царапается медной монетой Биотит, золото, серебро
4 Флюорит (CaF2) 21 Легко царапается ножом, оконным стеклом Доломит, сфалерит
5 Апатит (Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)) 48 С усилием царапается ножом, оконным стеклом Гематит, лазурит
6 Ортоклаз (KAlSi3O8) 72 Царапается напильником Опал, рутил
7 Кварц (SiO2) 100 Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло Гранат, турмалин
8 Топаз (Al2SiO4(OH-,F-)2) 200 Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло Берилл, шпинель, аквамарин
9 Корунд (Al2O3) 400 Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло Сапфир, рубин, карбид вольфрама
10 Алмаз (C) 1600 Режет стекло Эльбор

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

См. также

Источник: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/14654

Ссылка на основную публикацию