ТВЁРДОСТЬ МИНЕРАЛОВ (а. mineral hardness; н. Mineralienfestigkeit, Mineralienharte; ф. durete des mineraux; и. dureza de minerales, firmeza de minerales) — сопротивление минерала внешнему механическому воздействию другого более твёрдого тела. Обусловлена главным образом прочностью кристаллической решётки (т.е. типом структуры, природой и силой химические связи, размером и зарядом частиц, межатомными расстояниями и др.) и её механическими параметрами (упругостью, пластичностью, хрупкостью, наличием и плотностью различных видов дислокаций). У кристаллов большинства минералов (кроме метамиктных) имеет место анизотропия твёрдости. Гидратация и переход в метамиктное состояние понижают твердость минералов.
В зависимости от метода испытания различают твёрдости царапания, вдавливания, шлифования. Наиболее древним является способ царапания эталонными минералами Мооса шкалы, более точное определение твердости минералов царапанием производится с помощью специальных приборов — склерометров.
An Explanation of Geology’s Mohs Hardness Scale
С 40-х гг. в СССР и за рубежом осуществляется количественное определение твёрдости (микротвёрдости) металлов, сплавов и других твёрдых веществ методом статического вдавливания алмазной пирамиды Виккерса. В 1966 Комиссия по рудной микроскопии при Международной минералогической ассоциации (ММА) признала этот метод (наряду с изучением спектров отражения) основным при диагностике минералов (в аншлифах).
Сущность метода: отпечаток на полированной поверхности образца или грани кристалла измеряют под микроскопом. Твёрдость вдавливания (кг/мм 2 ) вычисляют как отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка. Метод даёт возможность определять твёрдость микроскопически малых выделений диаметром 10-30 мкм, очень чувствителен, имеет высокое разрешение и практически неограниченную сферу применения. В минералогии он служит для уточнения диагностики минералов, выделения их разновидностей; используется при изучении типоморфизма минералов, с целью выявления зависимостей между твердостью минерала и химическим составом минерала; метод позволяет изучать анизотропию твёрдости природных и синтетических монокристаллов, разбраковывать цветные и поделочные камни и др. В СССР для определения твердости минералов методом вдавливания применяется главным образом микро-твёрдомер ПМТ-3 с набором грузов от 2 до 200-500 г.
Источник: www.mining-enc.ru
Вопрос 1: твердость минералов и методы её определения.
Твёрдость – способность минерала противодействовать царапающему (вдавливающему) воздействию на минерал другого предмета. Различают относительную и абсолютную твердость. Относительная твердость появилась в начале 19 в в минералогической практике. Ф. Моос создал 10-тибальную шкалу.
Абсолютная твердость меряется в микротвердометрах на алмазном тетраэдре, который вдавливается в отполированную поверхность испытуемого минерала. Нагрузка в кг относится к площади ямки. Единица измерения: кгсм 2 . минералы шкалы Мооса очень различны по абсолютной твердости.
Как определить твёрдость камня?
Зависимость абсолютной и относительной твердости: M=C (М- тв-ть по шкале Мооса, С- const, Н- абсолютная тв-ть минерала). Величина твердости минералов зависит и от химического состава и от кристаллической структуры. В частности минералы, содержащие тяжелые атомы обладают низкой твердостью (обычно ниже 5).
Силикаты и оксиды в большинстве своем имеют тв-ть >5. водосодержащие минералы имеют низкую тв-ть < 5. тв-ть зависит и от размеров ионных радиусов. В однотипных минералах соединения с катионами меньших ионных радиусов будут иметь более высокую тв-ть. (# Fe2O3 – 6,5 < 9 – Al2O3 – одинаковая кристаллическая стр–ра). тв-ть зависит и от валентности катиона, чем выше валентность, тем выше тв-ть. тв-ть зависит и от твердости упаковки структурных единиц (в полиморфных модификациях минералов).
Чем выше t о образования, тем выше тв-ть минерала. Но в некоторых природных соединениях тв-ть резко увеличивается с падением t о (лёд). Все минералы, за исключением кубических, проявляют неравноценность св-в в разных направлениях, и в отношении твердости. Анизотропия.
Для большинства минералов разность твёрдости в непараллельных направлениях невелика, но есть и сильно различающиеся, в таких минералах это свойство — важнейший диагностический признак (дистен). Выделяют пассивную и активную тв-ть. Пассивнотвердыми называются минералы, которые сами себя царапать не могут (тальк, корунд), активнотвердыми – кварц, гипс, ортоклаз. Многие минералы в поверхностных условиях при активном поведении кислорода начинают изменяться с понижением твердости, поэтому, испытывая минерал на тв-ть нужно иметь свежий скол, разные поверхности в случае анизотропии. Обычно для определения относительной твердости пользуются различными инструментами: иглами (Cu – 3, Al — 2), гвоздь – 4, оконное стекло – 5, ножик – 6,5-7 и т.д.
Вопрос 10: плотность минералов и ее определение.
Плотность (удельный вес) отражает химический состав минерала и кристаллическую структуру. Под ρ минерала обычно понимают отношение массы вещества к его единице объема (г/см 3 ). У природных минералов разброс ρ лежит в интервале: 0,7 – 23 г/см 3 основное большинство минералов: 2,5 – 3,5 г/см 3 подразделение на классы по плотности: легкие минералы (ρ<2.5) цеолиты, водосодержащие минералы, лед.
Средние минералы (ρ 2,5 – 4) п.ш., Q, пироксены и др. тяжелые минералы (ρ4 – 6) сульфиды, оксиды, гидрооксиды, сульфосоли. Очень тяжелые минералы (ρ>6) самородные элементы, оксиды, сульфиды и т.д. Существует несколько методов для измерения.
1) Метод тяжелых жидкостей (например бромомформ (ρ – 2,89), жидкость клеречи (ρ – 4,27)) 2) Гидростатического взвешивания определяется объем вытесненной минералом воды. Вес минерала на воздухе делится на вытесненный минералом объем воды.
3) Расчетный метод основан на химическом и рентгеноструктурном анализе минерала Z – число молекул в элементарной ячейке соединений, M – молекулярная масса минерала, N – число Авогадро, V – объем элементарной ячейки. Расчетная плотность выше опытно определенной, т.к она отнесена к небольшому объему минерала. Плотность зависит от атомной массы (чем выше атомная тем больше ρ минерала), зависит от рыхлости упаковки. В минеральных рядах с непрерывной изоморфной смесимостью плотность минерала меняется непрерывно. Существует линейная зависимость между химическим составом и плотностью.
Источник: studfile.net
Записки камнерезчика. Для чего нужна шкала Мооса?
Для камнерезчика очень важно знать твердость обрабатываемых минералов. Почему? Потому что от твердости камня в первую очередь зависит трудоемкость его обработки (сколько времени и усилий будет затрачено на обработку минерала, какой инструмент понадобится, как лучше «раскрыть» камень).
А для драгоценных камней твердость очень важна еще и потому, что именно твердость определяет долговечность самоцвета, от твердости зависит долговечность полировки камня (в таких случаях говорят, что камень «хорошо держит полировку») и его блеск.
Что такое твердость минерала? В минералогии мирно сосуществуют несколько определений твердости минералов, например, такое: твердость камня — это сопротивление, которое оказывает его поверхность при попытке поцарапать ее другим камнем или иным предметом.
Для измерения твердости минералов делались попытки применить всевозможные методы, основанные на сопротивлении камней царапанию, истиранию, сверлению, деформации поверхности… Но все эти попытки не имели успеха. Нужен был простой, надежный и всем доступный метод. И вот наконец, чтобы упростить различение минералов по твердости, в 1811 г. немецким минералогом Фридрихом Моосом (F. Mohs) была предложена шкала твердости, которая широко применяется до сих пор, повсюду и всеми — геологами, минералогами, камнерезчиками, ювелирами. Эту шкалу стали называть шкалой твердости минералов, или шкалой Мооса.
Шкала Мооса — это минералогическая шкала твердости, набор эталонных минералов для определения относительной твердости методом царапания. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастающей твердости:
1. Тальк.
2. Гипс (каменная соль).
3. Кальцит (известковый шпат).
4. Флюорит (плавиковый шпат).
5. Апатит.
6. Полевой шпат.
7. Кварц.
8. Топаз.
9. Корунд.
10. Алмаз.
Твердость минерала по шкале Мооса выражают номером соответствующего минерала-эталона, например, твердость талька — 1, алмаза — 10, апатита — 5. Если какой-либо минерал оставляет царапину на эталонном минерале, например, на апатите, то твердость его больше или равна 5. Если минерал оставляет царапину на каком-либо эталонном минерале и сам «царапается» этим минералом, то твердость обоих минералов считают одинаковой.
Шкала Мооса очень удобна для практического применения, однако величина твердости, определяемая с ее помощью, весьма относительна и неточна. Более точное определение твердости производится, например, с помощью склерометра. Следует помнить, что номер по шкале Мооса указывает только на порядок в распределении минералов по твердости (мягче, тверже, такой же), но не имеет какого-либо количественного значения.
Для практических («походных») целей можно запомнить, что:
— человеческий ноготь оставляет царапину на гипсе (и более мягких минералах);
— кусочек обычного оконного стекла немного мягче полевого шпата;
— лезвие стального ножа немного тверже полевого шпата, но немного мягче кварца.
Так как различные виды драгоценных камней имеют по меньшей мере такую же твердость, как и кварц (7), их легко можно отличить от внешне похожих на них «мягких» стеклянных изделий, имитирующих драгоценные камни, с помощью напильника (надфиля). До того, как ввели в употребление рефрактометр, это был практически единственный метод проверки ограненных камней.
Источник: www.shkolazhizni.ru