Шкала твердости минералов Мооса ( / m oʊ z / ) представляет собой качественную порядковую шкалу, характеризующую устойчивость различных минералов к царапинам за счет способности более твердого материала царапать более мягкий материал. Созданный в 1822 году немецким геологом и минералогом Фридрихом Моосом , он является одним из нескольких определений твердости в материаловедении , некоторые из которых носят более количественный характер. [1] [2]
Метод сравнения твердости путем наблюдения за тем, какие минералы могут поцарапать другие, очень древний, о нем упоминал Теофраст в его трактате « О камнях» , c. 300 г. до н.э. , за которым следует Плиний Старший в его Naturalis Historia , c. 77 год нашей эры . [3] [4] [5] Хотя шкала Мооса значительно облегчает идентификацию минералов в полевых условиях, она не показывает, насколько хорошо твердые материалы работают в промышленных условиях. [6]
Использование [ править ]
Несмотря на отсутствие точности, шкала Мооса актуальна для полевых геологов, которые используют шкалу для грубой идентификации полезных ископаемых с помощью наборов для рисования. Твердость минералов по шкале Мооса обычно можно найти в справочных листах.
Твердость по Моосу полезна при фрезеровании . Он позволяет оценить, какой тип мельницы лучше всего снижает твердость конкретного продукта. [7] Весы используются производителями электроники для проверки устойчивости компонентов плоских дисплеев (таких как покровное стекло для ЖК-дисплеев или корпус для OLED- дисплеев ).
Шкала Мооса использовалась для оценки жесткости экранов смартфонов. В большинстве современных дисплеев смартфонов используется стекло Gorilla Glass, которое оставляет царапины на уровне 6 и более глубокие канавки на уровне 7 по шкале твердости Мооса. [8]
Минералы [ править ]
Шкала твердости минерала Мооса основана на способности одного природного образца минерала поцарапать другой минерал визуально. Все образцы вещества, используемые Моосом, представляют собой разные минералы. Минералы - это химически чистые твердые вещества, встречающиеся в природе. Камни состоят из одного или нескольких минералов. Когда создавалась шкала, алмазы были самым твердым веществом из естественного происхождения, и они были на вершине шкалы. Твердость материала измеряется по шкале путем нахождения самого твердого материала, который данный материал может поцарапать, или самого мягкого материала, который может поцарапать данный материал. Например, если на некотором материале царапается апатит, но не флюорит, его твердость по шкале Мооса будет находиться в диапазоне от 4 до 5. [9]
«Царапание» материала для шкалы Мооса означает создание неупругих дислокаций, видимых невооруженным глазом. Часто материалы с более низким значением по шкале Мооса могут создавать микроскопические неупругие дислокации на материалах с более высоким числом Мооса. Хотя эти микроскопические дислокации являются постоянными и иногда наносят ущерб структурной целостности более твердого материала, они не считаются «царапинами» при определении числа по шкале Мооса. [10]
Шкала Мооса - чисто порядковая шкала . Например, корунд (9) в два раза тверже топаза (8), а алмаз (10) в четыре раза тверже корунда. В таблице ниже показано сравнение с абсолютной твердостью, измеренной склерометром , с наглядными примерами. [11] [12]
| Твердость по Моосу | Минеральная | Химическая формула | Абсолютная твердость [13] | Изображение |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Тальк | Mg 3 Si 4 O 10 (ОН) 2 | 1 | |
| 2 | Гипс | CaSO 4 · 2H 2 O | 2 | |
| 3 | Кальцит | CaCO 3 | 14 | |
| 4 | Флюорит | CaF 2 | 21 год | |
| 5 | Апатит | Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH - , Cl - , F - ) | 48 | |
| 6 | Ортоклаз полевой шпат | КАЛСИ 3 О 8 | 72 | |
| 7 | Кварцевый | SiO 2 | 100 | |
| 8 | Топаз | Al 2 SiO 4 (OH - , F - ) 2 | 200 | |
| 9 | Корунд | Al 2 O 3 | 400 | |
| 10 | Алмаз | C | 1500 |
По шкале Мооса твердость штриховой пластины (неглазурованный фарфор ) составляет примерно 7,0. Использование этих обычных материалов известной твердости может быть простым способом приблизительно определить положение минерала на шкале. [14]
Средняя твердость [ править ]
В таблице ниже указаны дополнительные вещества, которые могут находиться между уровнями: [15]
| Твердость | Вещество или минерал |
|---|---|
| 0,2–0,3 | цезий , рубидий |
| 0,5–0,6 | литий , натрий , калий , свечной воск |
| 1 | тальк |
| 1.5 | галлий , стронций , индий , олово , барий , таллий , свинец , графит , лед [16] |
| 2 | гексагональный нитрид бора , [17] кальций , селен , кадмий , сера , теллур , висмут , гипс |
| 2–2,5 | галит ( каменная соль ), ноготь [18] |
| 2,5–3 | золото , серебро , алюминий , цинк , лантан , церий , гагат |
| 3 | кальцит , медь , мышьяк , сурьма , торий , дентин |
| 3.5 | платина |
| 4 | флюорит , железо , никель |
| 4–4,5 | обычная сталь |
| 5 | апатит ( зубная эмаль ), цирконий , палладий , обсидиан ( вулканическое стекло ) |
| 5.5 | бериллий , молибден , гафний , стекло , кобальт |
| 6 | ортоклаз , титан , марганец , германий , ниобий , уран |
| 6–7 | плавленый кварц , железный пирит , кремний , рутений , иридий , тантал , опал , перидот , танзанит , родий , нефрит |
| 7 | осмий , кварц , рений , ванадий |
| 7,5–8 | изумруд , берилл , циркон , вольфрам , шпинель |
| 8 | топаз , фианит , закаленная сталь |
| 8,5 | хризоберилл , хром , нитрид кремния , карбид тантала |
| 9 | корунд (включает сапфир и рубин ), карбид вольфрама , нитрид титана |
| 9–9,5 | карбид кремния (карборунд), карбид вольфрама , карбид тантала , карбид циркония , оксид алюминия , карбид бериллия , карбид титана , алюминия , борид , карбид бора . [примечание 1] [19] [20] |
| 9,5 – около 10 | бор , нитрид бора , диборид рения ( a- ось), [21] стишовит , диборид титана , муассанит (кристаллическая форма карбида кремния) |
| 10 | алмаз , карбонадо |
Сравнение со шкалой Виккерса [ править ]
Сравнение твердости по Моосу и твердости по Виккерсу : [22]
Название минерала | Твердость (по шкале Мооса) | Твердость (по Виккерсу) (кг / мм 2 ) |
|---|---|---|
| Графитовый | 1–2 | VHN 10 = 7–11 |
| Банка | 1.5 | VHN 10 = 7–9 |
| Висмут | 2–2,5 | VHN 100 = 16–18 |
| Золото | 2,5 | VHN 10 = 30–34 |
| Серебро | 2,5 | ВХН 100 = 61–65 |
| Халькоцит | 2,5–3 | ВХН 100 = 84–87 |
| Медь | 2,5–3 | VHN 100 = 77–99 |
| Галенит | 2,5 | ВХН 100 = 79–104 |
| Сфалерит | 3,5–4 | ВХН 100 = 208–224 |
| Хизлвудит | 4 | ВХН 100 = 230–254 |
| Карроллит | 4,5–5,5 | ВХН 100 = 507–586 |
| Гетит | 5–5,5 | ВХН 100 = 667 |
| Гематит | 5–6 | VHN 100 = 1000–1100 |
| Хромит | 5.5 | VHN 100 = 1 278–1 456 |
| Анатас | 5.5–6 | VHN 100 = 616–698 |
| Рутил | 6–6,5 | ВХН 100 = 894–974 |
| Пирит | 6–6,5 | VHN 100 = 1 505–1 520 |
| Bowieite | 7 | VHN 100 = 858–1 288 |
| Евклаз | 7,5 | ВХН 100 = 1,310 |
| Хром | 8,5 | VHN 100 = 1875–2000 |
См. Также [ править ]
- Шкала Бринелля
- Твердость элементов (страница данных)
- Тест твердости по Кнупу
- Тест на твердость по Мейеру
- Твердость карандаша
- Шкала Роквелла
- Твердость от царапин
Примечания [ править ]
- ^ Уровень твердость карбидов следующих элементов находится между 9 и 10: [19] [20] W , Ta , Zr , Be , Ti , Si , , B .
Ссылки [ править ]
- ^ "Минеральные драгоценные камни" . USGS . 18 июня 1997 . Проверено 10 февраля 2021 года .
- ^ "Шкала твердости Мооса" . Минералогическое общество Америки . Проверено 10 февраля 2021 года .
- ^ Теофраст на камнях . Farlang.com. Проверено 10 декабря 2011.
- ↑ Плиний Старший. Naturalis Historia . Книга 37. Гл. 15. Адамас: шесть его разновидностей. Два средства.
- ↑ Плиний Старший. Naturalis Historia . Книга 37. Гл. 76. Методы проверки драгоценных камней.
- ^ Твердость архивации 2014-02-14 в Wayback Machine . Ресурсный центр по неразрушающему контролю
- ^ «Уменьшение размера, измельчение - измельчение и помол» . PowderProcess.net . Проверено 27 октября 2017 года .
- ^ https://www.youtube.com/watch?v=7jD5Gkh4K34&feature=youtu.be&t=101
- ^ Американская федерация минералогических обществ. «Шкала твердости минералов Мооса» . amfed.org
- ^ Geels, Кей. «Истинная микроструктура материалов» , стр. 5–13 в « Подготовка материалов от Сорби до наших дней» . Struers A / S, Копенгаген, Дания - архивировано 7 марта 2016 г.
- ^ Галерея минералов Amethyst Galleries ' Что важного в твердости? . galleries.com
- ^ Минеральная твердость и шкалы твердости, заархивированные 17 октября 2008 г., в Wayback Machine . Внутренняя лапидарная дорога
- ^ Мукерджи, Swapna (2012). Прикладная минералогия: приложения в промышленности и окружающей среде . Springer Science & Business Media. п. 373. ISBN 978-94-007-1162-4.
- ^ "Твердость Мооса" в Encyclopdia Britannica Online
- ^ Самсонов, Г.В., изд. (1968). «Механические свойства элементов». Справочник по физико-химическим свойствам элементов . Нью-Йорк: Пленум МФИ. п. 432. DOI : 10.1007 / 978-1-4684-6066-7 . ISBN 978-1-4684-6068-1.
- ^ «Лед - это минерал». Архивировано 30 октября 2015 г. на Wayback Machine в журнале «Исследование льда в Солнечной системе» . messenger-education.org
- ^ Бергер, Лев I. (1996). Полупроводниковые материалы (Первое изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. 126 . ISBN 978-0849389122.
- ^ «Шкала твердости Мооса: Проверка устойчивости к царапинам» . geology.com .
- ^ a b «Таблицы твердости материалов, Ted Pella, Inc.» . www.tedpella.com . Проверено 9 мая 2019 .
- ^ a b «Таблица твердости» (PDF) . Проверено 9 мая 2019 .
- ^ Левин, Джонатан Б .; Толберт, Сара Х .; Канер, Ричард Б. (2009). "Достижения в поисках сверхтвердых сверхнесжимаемых боридов металлов" (PDF) . Современные функциональные материалы . 19 (22): 3526–3527. DOI : 10.1002 / adfm.200901257 . Архивировано из оригинального (PDF) 04 марта 2016 года . Проверено 8 декабря 2015 .
- ^ Ральф, Джолион. «Добро пожаловать на mindat.org» . mindat.org . Гудзоновский институт минералогии . Проверено 16 апреля 2017 года .
Дальнейшее чтение [ править ]
- Кордуа, Уильям С. «Твердость минералов и горных пород» . Lapidary Digest , c. 1990 г.
