Принцип диагностики драгоценных камней по твердости

Твёрдость минералов и таблица значений по шкале Мооса

Степень крепости материала оценивают посредством вдавливания в него более прочного предмета, а также шлифования и царапания его поверхности. Выбор, по какой шкале измерять твёрдость минералов, большой. Кроме оставления борозды эталонными кристаллами Мооса существует 6 основных методов измерения:

1. Шкала Роквелла – фиксируется глубина проникновения идентора с алмазным наконечником в материал. Применяется в отношении металлов и сплавов.
2. Твёрдость по Шору определяют так же. Дополнительно метод позволяет исследовать крепкость пластмассы и эластичных предметов.
3. Шкала Кнупа работает по принципу вдавливания. Оценка результата производится в единицах Кнупа: алмаз – 8500, корунд – 2000.
4. Твёрдость горной породы по методу Шрейнера количественно определяется отношением нагрузки на пуансон к площади штампа. Сопровождается измерение вычерчиванием диаграммы деформации.
5. Шкала Розиваля построена по примеру таблицы Мооса: показатели для ряда минералов получены с помощью прибора твердомера по результатам шлифования образцов. Трудоёмкость метода не позволила ему вытеснить классику.
6. Пирамида Виккерса, армированная алмазами, статически вдавливается в предмет испытаний, а результат смотрят по площади отпечатка через микроскоп. Приборы называются твердомерами (например, ПМТ-3).

Все точные методы нахождения крепкости уступают быстрому табличному способу определения по сравниванию прочностных свойств минералов. Не всегда необходимо видеть разрушающую нагрузку, в большинстве случаев достаточно знать, какой камень является более твёрдым.

Диагностика драгоценных камней на Даймондтестере.

Плотность пород

Минералоги выясняют вид камня по плотности и твердости. На раскопках залежей используют второй способ, предложенный Ф. Моосом.

Разновидность камня выясняют последовательной оценкой его твердости, блеска, поверхности разлома, окраса, цвета черты (минерального порошка), других качеств.

Плотность камня ― это соотношение его веса с массой воды такого же объема. Определяется в лабораториях гидростатическим взвешиванием либо погружением в тяжелую воду (насыщенная жидкость HgI2BaI2).

Плотность оценивают по 20-балльной шкале. Камни с показателем 1 и 2 всегда лежат в поверхностных слоях, а со значением выше 10 располагаются в глубине залежей. К последним относят алмаз, сапфировый и рубиновый корунд, другие драгоценные минералы.

Твердость камня ― это степень его сопротивляемости к механическим повреждениям. Для выяснения найденный минерал царапают, сжимают или давят на небольшую площадь.

От чего зависит твердость:

• спайность кристаллов;
• внутренняя целостность минерала;
• процент кварца;
• вид вторичных примесей;
• происхождение камня (как он формировался).

Менее твердые те камни, у которых слабее спаяны кристаллы, больше неплотных примесей, есть внутри трещины или иные дефекты. По методу Мооса оценивают примерную спайность, видовую принадлежность, долговечность самоцвета.

При сравнении показателей относительной шкалы Мооса с найденными минералами геологи понимают, каким способом лучше разрабатывать породу. Ювелиры по этим же значениям подбирают инструменты для шлифовки и огранки. Продавцы и покупатели самоцветов определяют его подлинность, долговечность и способы ухода.

Принципы градации от Мооса

Систему сравнений твёрдости кристаллов изобрёл немецкий геолог Фридрих Моос (другой вариант звучания — Мосс). Она представляет собой десятибалльную шкалу из эталонных минералов, расположенных в порядке возрастания прочности.

При попытке поцарапать одним кристаллом другой выстраивается цепочка от самого мягкого камня (талька) до наикрепчайшего (алмаза). Информирует шкала твердости Мооса только о сравнительной прочности сопоставляемых минералов.

Если испытуемый камень не оставляет следа на кварцевой грани, а эталон не царапает образец, тогда можно утверждать, что крепкость проверяемого кристалла равна 7 по таблице шкалы Мооса.

Контрольный минерал	Номер по определителю	Другие камни той же прочности	Царапающий предмет	Значение твёрдости резца
Тальковый камень	1	Графит	Ноготь	2,5
Гипс (селенит)	2	Галит, слюда, хлорит	~	~
Кальцит (исландский шпат)	3	Биотит, серебро, золото	Медная монета	3,5
Флюорит (плавиковый шпат)	4	Сфалерит, доломит	Нож из железа, оконное стекло	5,5
Апатит	5	Лазурит, гематит	~	~
Ортоклаз (адуляр, полевой шпат)	6	Опал, рутил	Гвоздь из стали	6,5
Кварц (агат, яшма, аметист, горный хрусталь, авантюрин)	7	Турмалин, гранат	Победитовое сверло	8,5
Топаз	8	Аквамарин, изумруд, шпинель	~	~
Корунд (сапфир, рубин)	9	Карбид вольфрама	Алмаз	10
Алмаз	10	Эльбор	―	―

Для удобства использования эталонный минерал закрепляют на конце трубки эпоксидным клеем. Царапают осторожно, стараясь не повредить образец. Таким же образом работают и с подручными предметами. Поскольку твердость стекла по шкале Мооса занимает среднее положение (между значениями 5 и 6), то испытание начинают именно с царапания его поверхности.

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.

Важно! Даже направление царапины может повлиять на конечный результат. Так, обсидиан имеет показатель 5–5,5, он зависит от разного состояния минерала.

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

Таблица со шкалой сравнения

Сопоставление прочностной характеристики, полученной по различным методикам, с таблицей Мооса полезно в практическом применении камней. Абсолютные значения твёрдости определяют по другим оценкам, сравнение критериев видно в таблице.

Минералы и горные породы	Градация по Моосу	По Шрейнеру, МПа	Крепкость по шкале Кнупа, единиц	Твёрдость шлифования в воде по Розивалю	Прочность по микротвердомеру ПМТ-2, ПМТ-3, кг/мм²
Тальк	1	250―400	12	0,03	2,4
Гипс	2	32	1,25	40
Кальцит, мрамор, ангидрит	3	950―1400	135	4,5	110
Флюорит, доломит	4	2500―3200	160	5	190
Апатит, гранит	5	3000―3700	400	6,5	530
Ортоклаз, базальт	6	3900	500	37	790
Кварц, диабаз	7	6300	1250	120	1120
Топаз	8	1550	175	1430
Корунд	9	1900	1000	2060
Алмаз	10	8300	140000	10060

Причина твёрдости гранита заключается в сложном минеральном составе, где основные компоненты, кварц и слюда, отнесены к разным категориям — 7 и 2. Их количественное соотношение и определяет свойства горной породы.

С помощью шкалы Мооса сравнивают также твёрдость металлов — это удобно, когда подбирается оправа для драгоценного камня.

Наименование	Олово	Золото, серебро	Медь, бронза	Никель	Платина	Палладий	Титан	Вольфрам
Значение по градации	1,5	2,5―3	3	4	4,5	4,7	6	7,5

Из таблицы видно, какие металлы могут поцарапать другие. Это обстоятельство важно учитывать при совместном хранении украшений.

Полудрагоценные камни

Несколько ниже алмаза и корунда ценятся топазы и гранаты. Их твердость по шкале Мооса составляет 7-8 баллов. Эти камни хорошо поддаются обработке алмазом. Цена напрямую зависит от цвета. Чем насыщеннее цвет топаза или граната, тем дороже будет стоить изделие с ним. Наиболее высоко ценятся чрезвычайно редкие желтые топазы и фиолетовые гранаты (маджориты).

Последний камень настолько редок, что цена его может быть выше, чем чистого бриллианта.

Цветные турмалины: розовый (рубеллит), синий (индиголит), зеленый (верделит), арбузный турмалин также относят к полудрагоценным камням. Прозрачные турмалины высокого качества встречаются в природе очень редко, потому и стоят иногда гораздо дороже пиропов и голубых топазов, а за арбузными (розово-зелеными) камнями коллекционеры не устают охотиться. Твердость камней по шкале Мооса довольно высока и составляет 7-7,5 баллов. Эти камни хорошо поддаются шлифовке, не меняют цвет, а найти ювелирное изделие с ярким прозрачным турмалином — настоящая удача.

Черная разновидность турмалина (шерл) относится к поделочным камням. Шерл твердый, но вместе с тем хрупкий камень, который может легко разрушиться при обработке. Именно по этой причине черные турмалины чаще всего продают необработанными. Шерл считается сильнейшим защитным талисманом.

ТВЕРДОЕ И ХРУПКОЕ

Следующим широко распространенным материалом является минеральное (или силикатное) стекло. До недавнего времени именно оно было стандартом в часовой индустрии и им оснащались даже дорогие и элитные модели.

Базовый метод получения стекла заключается в плавлении при температуре выше 1000°С смеси кварцевого песка (Si02), соды (Na2C03) и извести (СаО), в результате которого получается химический комплекс с составом Na20*Ca0*6Si02. Введение в эту смесь дополнительных веществ позволяет существенно изменить физические свойства материала, сделав его пригодным для применения в различных отраслях. К примеру, оксид кремния добавит готовому изделию упругости, а оксид бария наделит стекло достаточно высоким уровнем радиационной защиты. Для придания стекломассе формы готового изделия используется широкий спектр методов: вытягивание, прокат, прессование, литье, выдувание и др., закрепление формы происходит резким охлаждением.

Минеральное стекло более хрупкое, чем пластик, но устойчивее к царапинам

По сравнению с пластиком, минеральное стекло обладает большей твердостью, следовательно, более устойчиво к царапинам и потертостям. Но радоваться рано: минеральное стекло легко может поцарапаться любым металлическим предметом или камнем. К счастью, так же, как и плексиглас, этот материал легко полируется, а «запаски» из него совсем недороги. Повысить до некоторой степени механические качества стекла позволяют различные меры вроде закаливания или нанесения на стекло покрытия из более прочного материала. Однако принципиальной прибавки твердости они не дают.

Минерал магматического происхождения

Алмаз — самый твердый из всех минералов природного происхождения. Его кристаллы представлены атомами углерода, из которого также состоят не имеющие высокой прочности графит и каменный уголь.

Согласно наиболее распространенной гипотезе, в древние времена на нашей молодой планете происходили тектонические процессы, в ходе которых разогретые до максимальных температур породы под высоким давлением выбрасывались за пределы мантии. Образовывались так называемые кимберлитовые трубки диаметром до одного километра, заполненные породой кимберлитом.

Чаще всего это вещество не доходило до поверхности, застывая на глубине от нескольких до сотен километров. Под действием высоких температур и давления находящийся в кимберлите углерод создавал кристаллическую решетку, превращаясь в самое твердое из всех вещество мира.

Когда кимберлитовая трубка доходила до поверхности Земли, вода и ветер разрушали ее породу. Более твердые кристаллы не разрушались и накапливались в естественных россыпях, откуда их добывали в глубокой древности.

Кристаллы для сверхточной резки

Высочайшая твердость кристаллов позволяет использовать их и в других отраслях техники, включая сверхточное производство. Алмазные инструменты, включая ножи, сверла, резцы и точильные диски применяются для изготовления деталей малого размера, нанесения отметок и гравировок, а также в ювелирном производстве.

Ограненный бриллиант считается самым драгоценным камнем мира, имеющим природное происхождение. Мошенники периодически предпринимают попытки продавать изделия с фальшивыми кристаллами, изготовленными из стекла.

Определить подделку очень легко, поскольку алмаз легко царапает стекло, которое легко разрушается под действием высокого давления.

Именно это свойство используется при изготовлении алмазных инструментов для резки стекла.

Твердость алмазов широко востребована в ядерной промышленности и микроэлектронике, где из них изготавливают полупроводниковые приборы и сверхпроводники.

Источник: nataly-moda.ru

3. Свойства драгоценных камней

Твёрдость – это сопротивление, которое оказывает поверхность камня при попытке поцарапать её другим камнем или иным предметом. Твёрдость представляет собой меру связности атомной структуры вещества. Применительно к минералам и драгоценным камням под твёрдостью понимают твёрдость при шлифовании.

Твёрдость царапания прежде, когда оптические методы исследования еще не были развиты, как сейчас, играла большую роль при определении драгоценных камней. Сегодня проверка твёрдости путём царапания проводится лишь у менее ценных камней и в основном коллекционерами. Для профессионального испытания точность такого определения твёрдости слишком низка.

Кроме того, слишком велика опасность повреждения камня. Основное преимущество метода царапания в том, что он позволяет простыми средствами определять драгоценные камни в первом приближении. В минералогии этот способ по-прежнему широко применяется.

Метод определения твёрдости путём царапания принадлежит венскому минералогу Фридриху Моосу (1773–1839). Моос определил твёрдость царапания как сопротивление, оказываемое минералом при царапании его поверхности острым контрольным предметом.

Значения твёрдости по относительной и абсолютной шкалам твёрдости представлены в табл. 3.1.

Камни, имеющие твёрдость по Моосу выше 7, считаются твёрдыми. О минералах с твёрдостью от 8 до 10 говорят, что они имеют твёрдость драгоценных камней. Драгоценные камни с твёрдостью ниже 7 по Моосу нестойки против вездесущей пыли, которая всегда содержит мельчайшие зёрна кварца (его твёрдость по Моосу равна 7), а поэтому повреждает полировку и ухудшает блеск мелких камней.

При определении твёрдости царапания необходимо следить за тем, чтобы оно производилось только острым краем образца и только на ровных и свежих поверхностях. У ребристых образований, листоватых кристаллов или выветренных с поверхности штуфов значения твёрдости царапания получаются заниженными.

Относительная и абсолютная шкала твёрдости

Простейший способ определения

Царапается медной монетой

Легко царапается ножом

С трудом царапается ножом

Царапается стальным напильником

Царапает оконное стекло

Легко царапает кварц

Легко царапает топаз

Не царапается ничем

С помощью эталонных образцов и наборов принадлежностей для царапания твёрдость минералов можно легко определить в полевых условиях. Для практических целей можно запомнить, что ноготь царапает минерал с твёрдостью до 2-х, прочный нож – с твёрдостью до 5–6, стекло без труда царапается кварцем. Для профессиональной диагностики минералов или драгоценных камней определение твёрдости по Моосу слишком неточно. Кроме того, драгоценные камни при царапании можно повредить. Поэтому в подобных случаях прибегают к определению так называемой твёрдости шлифования, которая измеряется количеством минерала, сошлифовываемого с поверхности образца при определённых условиях.

Шкала Мооса – относительная шкала. С её помощью может быть только установлено, какой минерал твёрже. О том, насколько увеличивается в количественном выражении твёрдость от ступени к ступени, сказать нельзя. В табл. 3.1 шкала Мооса сопоставлена с абсолютными значениями твёрдости – это твёрдость шлифования в воде по Розивалю.

Сопоставление показывает, как скачкообразно возрастает абсолютная твёрдость. Для неспециалиста определение абсолютной твёрдости, требующее сложной аппаратуры, практически невозможно.

Вследствие особенностей правильной атомной структуры, характерной для всех кристаллических веществ, твёрдость одного и того же камня может быть неодинаковой в разных направлениях. Наибольшим отличием твёрдости в различных направлениях среди других минералов выделяется кианит: твёрдость изменяется у него от 5 до 7. В одних направлениях образец царапается ножом, а в других нет. Однако для большинства минералов этот интервал настолько мал, что обычными способами обнаружить различие не удаётся.

Образцы одних и тех же минералов, полученные из разных мест, отличаются друг от друга по сложности процесса огранки и полировки. Так, например, алмазы с Калимантана и из Нового Южного Уэльса существенно твёрже алмазов из Южной Африки, и при их огранке возникают определённые трудности. Хотя твёрдость, как и другие физические характеристики, может меняться от кристалла к кристаллу даже одного минерального вида (благодаря изменению химического состава вследствие изоморфного замещения одного элемента другим), это не объясняет различий при обработке. Здесь накладывается вязкость, возникающая в результате двойникования или в результате других нарушений внутренней структуры.

Для измерения твёрдости минералов делались попытки применить различные методы, основанные на сопротивлении камней царапанию, истиранию, сверлению, прокалыванию и деформации поверхности. Главная особенность этих попыток – очень плохое совпадение результатов. Это свидетельствует, что результаты разных методов несопоставимы и что сцепление в минералах является очень сложным свойством.

Испытание на твёрдость нельзя рассматривать для общего применения, так как существует очевидный риск повредить камень. Если камень заключён в оправу, желательно его вынуть оттуда и провести испытание на рундисте камня. В этом случае поцарапанное место можно полностью закрыть, снова вставив камень в оправу.

Все пятна необходимо стереть, чтобы убедиться, что они не связаны с попаданием абразива, так как если два вещества имеют примерно одинаковую твёрдость, может возникнуть путаница. Если по той или иной причине требуется определить твёрдость огранённого камня, лучше попытаться поцарапать углом этого камня какую-нибудь пластинку, а не царапать камень остриём. Поскольку в первом случае опасность повредить камень менее вероятна.

Для удобства испытания минералов на твёрдость применяют так называемые эталонные острия, в которых кусочки материала с известной твёрдостью вставлены в небольшие державки (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Эталонные острия для определения твёрдости царапания по Моосу

Твёрдости некоторых самоцветов по шкале Мооса приведены в Приложении 1.

Источник: studfile.net

Диагностические свойства камней: 1. Твёрдость

Насущный вопрос начинающих покупателей ювелирных камней: как отличить один камень от другого? – Без опыта, а также без различных нужных приборов, это может вызвать серьезные затруднения.

Опыт, безусловно, со временем наберётся, а вот на начальных этапах его обретения выручат знания о такой характеристике ювелирных камней/минералов как твёрдость.

Материал, представленный ниже, размещается нами как первая глава в краткий справочник начинающего камнелюба, в ответ на периодически поступающие вопросы))

Твёрдость – это главнейше-первейшее диагностическое свойство ювелирных камней, заключающееся в. способности минералов противостоять внешнему механическому воздействию

Принцип проверки дорогостоящего материала на прочность хорошо зарекомендовал себя в процессе применения к самым различным материалам: дорогим тканям, фарфору, золотым монетам (подлинность которых определялась «на зуб»)

Проба «на зуб» («al dente», как сейчас модно говорить) в нашем случае отпадает, поскольку камни -хоть простые, хость ювелирные — далеко не спагетти…

Для решения вопроса используется технологически несложная схема тестирования образца, заключающаяся в попытке, говоря простыми словами, поцарапать или эталон образцом, или образец – эталоном.

«ТВЁРДОКАМЕННОСТЬ» КАК ДИАГНОЗ

Для этих целей используется шкала твердости Мооса, в которую входят 10 минералов-эталонов:

Каждый минерал шкалы твердости царапает предыдущие, а последующие оставляют царапину на нем.

Для приблизительной оценки твердости часто используют ноготь и стекло.

Мягкие минералы царапаются ногтем (твердость 1-2: тальк, гипс, графит).

Средней твердости – не царапаются ногтем и не оставляют царапины на стекле (твердость 3-4: кальцит, галенит, халькопирит).

Твердые – царапают стекло (твердость выше 5: кварц, полевые шпаты, пирит).

Несколько слов напутствия исследователям, решившимся на эксперимент:

рекомендуется определять твердость камней под микроскопом, осторожно (!) царапая рундистом камня по ровным участкам минерала-эталона или осторожно (!) царапая по рундисту камня карандашами твердости (представляют собой стержни с заостренными кусочками минералов-эталонов).

ТВЕРДОСТЬ ЮВЕЛИРНЫХ КАМНЕЙ ПО ШКАЛЕ МООСА

1 — Агальматолит (1 — 2); одонтолит (1,5 — 2).

2 — Хризоколла, янтарь (2 — 3); лепидолит (2 — 4); серпентин (2,5 — 3,5); гагат (2,5 — 4).

3 — Целестин (3 — 3,5); азурит, коралл, сфалерит (3,5 — 4); варисцит, жемчуг, малахит, родохрозит (3,5 — 4,5).

4 — Пурпурит, флюорит (4); колеманит (4 — 4,5); смитсонит, фриделих (4 — 5); тугтупит (4 — 6,5); кианит (4,5 до 7); волластонит, гемиморфит, пектолит, шеелит (4,5 — 5); апофиллит, аугелит (4,5 — 5,5).

5 — Апатит, диоптаз, обсидиан (5); гердерит, датолит, мелифанит, томсонит (5 — 5,5); амблигонит, бирюза, бразилианит, виллемит, канкринит, лазулит, титанит, тремолит, чароит, энстатит (5 — 6); опал (5 — 6,5); содалит (5,5 — 6); гематит, диопсид (хромдиопсид), лазурит, нефелин, родонит (5,5 — 6,5)

6 — Клиногумит, пироксмангит, скаполит (6); амазонит, лабрадор, лунный камень, солнечный камень, бенитоит, петалит, пренит, хондродит (6 — 6,5); аксинит, везувиан (калифорнит), жадеит, касситерит, рутил, цоизит (танзанит, тулит), эпидот (6 — 7); гидрогроссуляр (трансваальский жад), сподумен — кунцит, гидденит (6 — 7,5); еремеевит, корнерупин, церулеит (6,5); демантоид, меланиг, топазолит, поллуцит, сингалит, халцедон (сердолик, карнеол, сардер, хризопраз, сапфирин, плазма, гелиотроп, агат, оникс и др.), хризолит (6,5 — 7); андалузит, гессонит, уваровит, циркон (гиацинт), эвклаз (6,5 — 7,5).

7 — Кварц (аметист, горный хрусталь, цитрин, дымчатый, розовый, морион, авантюрин и др.), пьемонтит, силлиманит (7); альмандин, пироп, родолит, спессартин, гроссуляр (лейкогранат, тсаворит), данбурит, кордиерит, ставролит, турмалин-рубеллит, дравит, ахроит, индиголит, верделит и др. (7 — 7,5); дюмортьерит (7 — 8,5); гамбергит (7,5); берилл — изумруд, аквамарин, аквамарин-максикс, воробьевит, гошенит, биксбиит гелиодор и др. (7,5 — 8).

8 — Топаз, фенакит, шпинель (8); тафеит, хризоберилл — александрит, цимофан (8 — 8,5).

9 — Корунд — рубин, сапфир, лейкосапфир, цветные сапфиры (9).

И ещё несколько дополнений:

1. При диагностике ювелирных камней, твердость которых не превышает 5 единиц по шкале Мооса, можно использовать цвет черты, которую оставляет минерал на бисквите (конечно, речь идёт не о кусочке торта, а о белой фарфоровой пластинке). По цвету черты можно отличить некоторые минералы от их имитаций: например, цвет черты у гематита — красный, у малахита и хризоколлы — зелёный, у лазурита – голубой).

2. При проведении тестирования образца, например, кианита, турмалина, а также некоторых других ювелирных камней, необходимо учитывать анизотропию твёрдости, т.е. зависимость физических свойств кристала от выбранного направления.

Анизотропия может быть двух видов:

— полярная, зависящая от направления в пределах одной грани кристалла,

— ретикулярная, изменяющейся на различных гранях.

Вот, если не вдаваться в особые подробности, и вся премудрость!

Можно вооружаться микроскопом и приступать к экспериментам))

А тем, кто до сих пор не обзавёлся микроскопом, можем только посоветовать не терять время зря: пока ваши конкуренты царапают эталоны – прогуляйтесь по Ярмарке…

…время собирать камни, дамы и господа, ВРЕМЯ СОБИРАТЬ КАМНИ!

P.S. Читатель, дочитавший до конца: не поленись, пожалуйста, проголосовать: очень важно знать, что время на написание потрачено с пользой)

P.P.S. Все фото взяты из открытых источников, при условии отсутствия ссылки на незыблемость авторских прав. Если владелец найдётся и почувствует себя оскорблённым – просим сообщить, чтобы мы могли удалить фото (ссылки на другие ресурсы здесь запрещены)

Источник: www.livemaster.ru

Твёрдость минералов и таблица значений по шкале Мооса

Для различения твёрдости минералов обычно применяют экспресс-метод, позволяющий определить относительные значения показателя по шкале Мооса. Чтобы им воспользоваться, достаточно взять карандаш, гвоздь и стекло. Существуют также и точные способы измерения, но они требуют приборного обеспечения. Результаты в абсолютных величинах различаются, но есть таблицы, помогающие сопоставить прочность, определённую по разным методикам.

Способы измерения твёрдости

Степень крепости материала оценивают посредством вдавливания в него более прочного предмета, а также шлифования и царапания его поверхности. Выбор, по какой шкале измерять твёрдость минералов, большой. Кроме оставления борозды эталонными кристаллами Мооса существует 6 основных методов измерения:

1. Шкала Роквелла – фиксируется глубина проникновения идентора с алмазным наконечником в материал. Применяется в отношении металлов и сплавов.
2. Твёрдость по Шору определяют так же. Дополнительно метод позволяет исследовать крепкость пластмассы и эластичных предметов.
3. Шкала Кнупа работает по принципу вдавливания. Оценка результата производится в единицах Кнупа: алмаз – 8500, корунд – 2000.
4. Твёрдость горной породы по методу Шрейнера количественно определяется отношением нагрузки на пуансон к площади штампа. Сопровождается измерение вычерчиванием диаграммы деформации.
5. Шкала Розиваля построена по примеру таблицы Мооса: показатели для ряда минералов получены с помощью прибора твердомера по результатам шлифования образцов. Трудоёмкость метода не позволила ему вытеснить классику.
6. Пирамида Виккерса, армированная алмазами, статически вдавливается в предмет испытаний, а результат смотрят по площади отпечатка через микроскоп. Приборы называются твердомерами (например, ПМТ-3).

Все точные методы нахождения крепкости уступают быстрому табличному способу определения по сравниванию прочностных свойств минералов. Не всегда необходимо видеть разрушающую нагрузку, в большинстве случаев достаточно знать, какой камень является более твёрдым.

Принципы градации от Мооса

Систему сравнений твёрдости кристаллов изобрёл немецкий геолог Фридрих Моос (другой вариант звучания — Мосс). Она представляет собой десятибалльную шкалу из эталонных минералов, расположенных в порядке возрастания прочности.

При попытке поцарапать одним кристаллом другой выстраивается цепочка от самого мягкого камня (талька) до наикрепчайшего (алмаза). Информирует шкала твердости Мооса только о сравнительной прочности сопоставляемых минералов.

Если испытуемый камень не оставляет следа на кварцевой грани, а эталон не царапает образец, тогда можно утверждать, что крепкость проверяемого кристалла равна 7 по таблице шкалы Мооса.

Контрольный минерал	Номер по определителю	Другие камни той же прочности	Царапающий предмет	Значение твёрдости резца
Тальковый камень	1	Графит	Ноготь	2,5
Гипс (селенит)	2	Галит, слюда, хлорит	~	~
Кальцит (исландский шпат)	3	Биотит, серебро, золото	Медная монета	3,5
Флюорит (плавиковый шпат)	4	Сфалерит, доломит	Нож из железа, оконное стекло	5,5
Апатит	5	Лазурит, гематит	~	~
Ортоклаз (адуляр, полевой шпат)	6	Опал, рутил	Гвоздь из стали	6,5
Кварц (агат, яшма, аметист, горный хрусталь, авантюрин)	7	Турмалин, гранат	Победитовое сверло	8,5
Топаз	8	Аквамарин, изумруд, шпинель	~	~
Корунд (сапфир, рубин)	9	Карбид вольфрама	Алмаз	10
Алмаз	10	Эльбор	―	―

Для удобства использования эталонный минерал закрепляют на конце трубки эпоксидным клеем. Царапают осторожно, стараясь не повредить образец. Таким же образом работают и с подручными предметами. Поскольку твердость стекла по шкале Мооса занимает среднее положение (между значениями 5 и 6), то испытание начинают именно с царапания его поверхности.

Таблица со шкалой сравнения

Сопоставление прочностной характеристики, полученной по различным методикам, с таблицей Мооса полезно в практическом применении камней. Абсолютные значения твёрдости определяют по другим оценкам, сравнение критериев видно в таблице.

Минералы и горные породы	Градация по Моосу	По Шрейнеру, МПа	Крепкость по шкале Кнупа, единиц	Твёрдость шлифования в воде по Розивалю	Прочность по микротвердомеру ПМТ-2, ПМТ-3, кг/мм²
Тальк	1	250―400	12	0,03	2,4
Гипс	2	32	1,25	40
Кальцит, мрамор, ангидрит	3	950―1400	135	4,5	110
Флюорит, доломит	4	2500―3200	160	5	190
Апатит, гранит	5	3000―3700	400	6,5	530
Ортоклаз, базальт	6	3900	500	37	790
Кварц, диабаз	7	6300	1250	120	1120
Топаз	8	1550	175	1430
Корунд	9	1900	1000	2060
Алмаз	10	8300	140000	10060

Причина твёрдости гранита заключается в сложном минеральном составе, где основные компоненты, кварц и слюда, отнесены к разным категориям — 7 и 2. Их количественное соотношение и определяет свойства горной породы.

С помощью шкалы Мооса сравнивают также твёрдость металлов — это удобно, когда подбирается оправа для драгоценного камня.

Наименование	Олово	Золото, серебро	Медь, бронза	Никель	Платина	Палладий	Титан	Вольфрам
Значение по градации	1,5	2,5―3	3	4	4,5	4,7	6	7,5

Из таблицы видно, какие металлы могут поцарапать другие. Это обстоятельство важно учитывать при совместном хранении украшений.

Значения прочности драгоценных минералов

Испытание на твёрдость хорошо подходит для того, чтобы отличить редкие красивые кристаллы от их стеклянных или искусственных имитаций. К драгоценным камням относят природные минералы в естественном или обработанном виде — алмазы (бриллианты), сапфиры (синие), рубины, изумруды, александриты.

В особых условиях выращивают синтетические аналоги драгоценных камней. Стоят такие самоцветы значительно дешевле. Недобросовестные производители из искусственных кристаллов или ювелирного стекла необходимого цвета изготавливают украшения, после чего предлагают их по тем же ценам, что и естественные. Известная имитация — фианит. Он очень похож на бриллиант, но его стоимость несопоставима с натуральными камнями. Выявить подделку путём нахождения твёрдости по Моосу несложно:

• когда у сапфира значение указывается 7, то велика вероятность, что сделан кабошон из кварца;
• если в паспорте на бриллиант показатель прочности — 8,5, а должен быть 10, становится понятно, что этот камень не имеет природного происхождения (у фианита показатель именно 8,5).

Иногда в доказательство того, что кристалл натуральный, приводят довод: он царапает стекло. Но надо знать, что ювелирное стекло также оставляет след на обычном. В таблице приведены значения для некоторых камней.

Кристалл	Твёрдость по Моосу	Кристалл	Твёрдость по Моосу
Рубин	9	Агат	6,5―7
Александрит	8,5	Яшма	6―7
Шпинель	8	Амазонит	6―6,5
Топаз	8	Нефрит	6―6,5
Аквамарин	7,5―8	Рутил	6―6,5
Берилл	7,5―8	Родонит	5,5―6,5
Пироп	7,5―8	Обсидиан	5―5,5
Турмалин	7,5―8	Пурпурит	4,5
Циркон	6,5―7,5	Кораллы	3―4

Шкала твёрдости Мооса, несмотря на относительность результатов, остаётся основным инструментом в геологических изысканиях. В полевых условиях каждый переносимый на себе килограмм веса на учёте, а для идентификации неизвестного образца породы достаточно простого ножа и стекла.

Сведения о твёрдости минералов в большинстве справочников приводятся в относительных величинах. Абсолютными значениями интересуется узкий круг специалистов. Другое направление преимущественного использования шкалы Мооса — ювелирное дело. Ориентируясь на показатели твёрдости кристаллов, выбирают способ обработки камня, вариант шлифования и нужные для этого станки и инструменты.

Источник: zolotogid.ru