На 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:
- Тальк. Один из наиболее мягких минералов, который легко поцарапать человеческим ногтем. С ним можно сравнить также графит.
- 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.
- 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.
Флюорит. Он же плавиковый шпат. На нём остаётся след от ножа или оконного стекла. Доломит, малахит и сфалерит обладают похожей твёрдостью.- 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.
- 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.
- Кварц. Он же горный хрусталь или кристаллический кварц. Царапает стекло. Поддаётся обработке при помощи алмаза или корунда. Гранат и турмалин обладают похожими характеристиками.
- Топаз. Царапает стекло. Обрабатывается с применением алмаза. Шпинель, аквамарин, изумруд, агат, аметист, гранат, турмалин имеют аналогичную твёрдость.
- 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.
- 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.
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:
- 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.
- Алмазный эталон вполне можно заменить сделанным из эльбора, т. е. нитрида бора.
- 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.
- Разные плоскости одного и того же кристалла могут иметь различную прочность. Такие особенности характерны для кианита.
- Проверять драгоценные камни в ювелирных изделиях нужно с особой осторожностью, чтобы не испортить их. Лучше всего это делать со стороны оправы.
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.
