Чтобы знать чуточку больше и о камнях и об их свойствах, с удовольствием представляю, всем интересующимся, следующий материал.

Твердость

Применительно к минералам и драгоценным камням под твердостью понимают, во-первых, твердость при царапаньи (или твердость царапанья) и, во-вторых, твердость при шлифовании. Твердость царапанья прежде, когда оптические методы исследования еще не были столь развиты, как сейчас, играла большую роль при определении драгоценных камней.

Сегодня проверка твердости путем царапанья проводится, вообще говоря, лишь у менее ценных камней и в основном коллекционерами. Для профессионального испытания точность такого определения твердости слишком низка. Кроме того, очень велика связанная с ним опасность повреждения камня. Правда, основное преимущество метода царапанья состоит в том, что он позволяет простыми средствами определять драгоценные камни в первом приближении. В минералогии этот способ по-прежнему широко применяется.

Метод определения твердости путем царапанья принадлежит венскому минералогу Фридриху Моосу. Моос определил твердость царапанья как сопротивление, оказываемое минералом при царапанье его поверхности острым контрольным предметом. Камни, имеющие твердость по Моосу выше 7, считаются твердыми. О минералах с твердостью от 8 до 10 говорят, что они имеют «твердость драгоценных камней».

Однако это не совсем удачное определение, ибо драгоценные камни характеризуются не только высокой твердостью, хотя она и представляет собой весьма ценное для них качество. Драгоценные камни с твердостью ниже 7 по Моосу нестойки против вездесущей пыли, которая всегда содержит мельчайшие зерна кварца (его твердость по Моосу 7), а потому повреждает полировку и ухудшает блеск мягких камней.

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

Некоторые драгоценные камни имеют на разных гранях, равно как и по разным направлениям, совершенно различную твердость. Например, у кианита на гранях переднего пинакоида твердость по Моосу составляет в продольном направлении (по удлинению кристалла) 4,5, а в поперечном – 6-7. Поэтому кианит называют также дистеном – «оказывающим двоякое сопротивление».

Большие различия в твердости существуют также у алмаза. Только благодаря этому вообще возможно шлифовать алмаз – самый твердый из известных материалов (твердость 10). Шлифовальщик драгоценных камней обязательно должен знать различия в их твердости (как при царапанье, так и при шлифовании), ибо в этом состоит одна из важных предпосылок успешной работы мастера.

Шкала твердости царапанья по Моосу – относительная шкала. С ее помощью можно установить лишь, каким минералом царапается другой (испытуемый) минерал. О том, насколько возрастает (в количественном выражении) твердость от ступени к ступени шкалы Мооса, ничего сказать нельзя. А этот рост в действительности резко различается, как видно из приведенной ниже таблицы, где сопоставлены значения твердости по Моосу и значения абсолютной твердости (твердости шлифования в воде по А. Розивалю).

Относительная и абсолютная шкала твердости

Твердость царапанья (по Моосу) Эталонный минерал Простейший способ определения твердости Твердость шлифования (по Розивалю)12345678910

Тальк Скоблится ногтем 0,03
Гипс Царапается ногтем 1,25
Кальцит Царапается медной монетой 4,5
Флюорит Легко царапается ножом 5
Апатит Еще царапается ножом 6,5
Ортоклаз Царапается стальным напильником 37
Кварц Царапает оконное стекло 120
Топаз 175
Корунд 1 000
Алмаз 140 000

Твердость самоцветов по шкале Мооса

Алмаз 10
Рубин 9
Сапфир 9
Александрит 8,5
Хризоберилл 8,5
Цейлонит 8
Родицит 8
Шпинель 8
Таафеит 8
Топаз 8
ИАГ-гранат (гранатит) 8
Аквамарин 7,5—8
Берилл 7,5—8
Ганит 7,5—8
Пейнит 7,5—8
Фенакит 7,5—8
Изумруд 7,5—8
Альмандин 7,5—8
Андалузит 7,5
Эвклаз 7,5
Гамбергит 7,5
Уваровит 7,5
Кордиерит 7—7,5
Данбурит 7—7,5
Гроссуляр 7—7,5
Пироп 7—7,5
Спессартин 7—7,5
Ставролит 7—7,5
Турмалин 7—7,5
Аметист 7
Авантюрин 7
Горный хрусталь 7
Цитрин 7
Дюмортьерит 7
Дымчатый кварц (раухтопаз) 7
Розовый кварц 7
Тигровый глаз 7
Циркон 6,5—7,5
Агат 6,5—7
Аксинит 6,5—7
Халцедон 6,5—7
Хлоромеланит . 6,5—7
Хризопраз 6,5—7
Демантоид 6,5—7
Окаменелое дерево 6,5—7
Жадеит 6,5—7
Яшма 6—7
Корнерупин 6,5—7
Перидот (хризолит) 6,5—7
Танзанит 6,5—7
Галлиант 6,5
Перистерит 6,5
Соссюрит 6,5
Сингалит 6,5
Смарагдит 6,5
Везувиан 6,5
Силлиманит 6—7,5
Касситерит 6—7
Эпидот 6—7
Гидденит 6—7
Кунцит 6—7
Амазонит 6—6,5
Авантюриновый полевой шпат 6—6,5
Бенитоит 6—6,5
Эканит 6—6,5
Фабулит 6—6,5
Лабрадор 6—6,5
Лунный камень 6—6,5
Нефрит 6—6,5
Ортоклаз 6—6,5
Петалит 6—6,5
Пренит 6—6,5
Пирит 6—6,5
Рутил 6—6,5
Амблигонит 6
Битовнит 6
Санидин 6
Тугтупит 6
Гематит 5,5—6,5
Опал 5,5—6,5
Родонит 5,5—6,5
Тремолит 5,5—6,5
Актинолит 5,5—6
Анатаз 5,5—6
Бериллонит 5,5—6
Элеолит 5,5—6
Гаюин 5,5—6
Периклаз 5,5—6
Псиломелан 5,5—6
Содалит 5,5—6
Бразилианит 5,5
Хромит 5,5
Энстатит 5,5
Лейцит 5,5
Молдавит 5,5
Натролит 5,5
Виллемит 5,5
Скаполит 5—6,5
Канкринит 5—6
Диопсид 5—6
Гиперстен 5—6
Ильменит 5—6
Лазурит 5—6
Лазулит 5—6
Танталит 5—6
Бирюза 5—6
Датолит 5—5,5
Обсидиан 5—5,5
Томсонит 5—5,5
Титанит 5—5,5
Апатит 5
Аугелит 5
Диоптаз 5
Гемиморфит 5
Смитсонит 5
Страз 5
Вардит 5
Кианит 4,5 и 7
Апофиллит 4,5—5
Шеелит 4,5—5
Цинкит 4,5—5
Колеманит 4,5
Варисцит 4—5
Пурпурит 4,5
Баритокальцит 4
Флюорит 4—4,5
Магнезит 4
Родохрозит 4
Доломит 3,5—4,5
Сидерит 3.5—4
Арагонит 3,5—4,5
Азурит 3,5—4
Куприт 3,5—4
Халькопирит 3,5—4
Малахит 3,5—4
Сфалерит 3,5—4
Церуссит 3,5
Говлит 3,5
Витерит 3,5
Кораллы 3—4
Жемчуг 3—4
Ангидрит 3—3,5
Барит 3
Кальцит 3
Курнаковит 3
Вульфенит 3
Гагат 2,5—4
Крокоит 2,5—3
Гарниерит 2,5—3
Гейлюссит 2,5
Прустит 2,5
Серпентин 2,5
Хризоколла 2—2,5
Слоновая кость 2—4
Янтарь 2—3
Морская пенка (сепиолит) 2—2,5
Алебастр 2—2,5
Улексит 2
Вивианит 1,5—3
Стихтит 1,5—2,5
Сера 1,5—2
Предлагаем ознакомиться  Рубин : свойства камня и интересные факты

Спайность и излом

Многие минералы раскалываются или расщепляются по ровным плоским поверхностям. Это свойство минералов называется спайностью и зависит от строения их кристаллической решетки, от сил сцепления между атомами. Различают спайность весьма совершенную (эвклаз), совершенную (топаз) и несовершенную (гранат).

Наличие спайности необходимо учитывать при шлифовке и огранке камней, а также при вставке их в оправу. Сильное механическое воздействие может вызвать раскол (трещину) по спайности. Часто для этого бывает достаточно легкого удара или чрезмерного надавливания при определении твердости. Термические напряжения, возникающие в процессе ювелирной газоплазменной пайки, могут приводить к образованию в камне трещин спайности, а это не только снижает ценность камня, но и чревато опасностью того, что он в дальнейшем и вовсе расколется по возникшим трещинам. Огранка фасетами драгоценного камня с весьма совершенной спайностью (например, эвклаза) требует большого искусства.

Прежде спайность использовалась для аккуратного расчленения крупных камней на части или для отделения дефектных участков. Самый большой из когда-либо найденных алмазов ювелирного качества «Куллинан» (3106 кар) был в 1908 г. расколот по спайности на три крупных куска и множество мелких частей. Теперь подобные операции выполняются преимущественно путем распиловки, что позволяет лучше использовать форму камня.

Форму поверхности фрагментов, на которые распадается минерал при ударе, называют изломом. Он бывает раковистым (похожим на отпечаток раковины), неровным, занозистым, волокнистым, ступенчатым, ровным, землистым и пр. Иногда излом может служить диагностическим признаком, позволяющим различать сходные по внешнему облику минералы. Раковистый излом типичен, например, для всех разновидностей кварца и для имитаций драгоценных камней из стекла.

Плотность

Плотностью (прежде ее именовали удельным весом) называется отношение массы вещества к массе того же объема воды. Следовательно, камень, имеющий плотность 2,6, во столько же раз тяжелее равного объема воды.

Плотность драгоценных камней колеблется от 1 до 7. Камни с плотностью ниже 2 кажутся нам легкими (янтарь 1,1), от 2 до 4 – нормальной тяжести (кварц 2,65), и выше 5 – тяжелыми (касситерит 7,0). Наиболее дорогие драгоценные камни, такие, как алмаз, рубин, сапфир, имеют более высокую плотность, чем главные породообразующие минералы, прежде всего кварц и полевой шпат. Благодаря этому в текучих водах они отлагаются раньше кварцевых песков и накапливаются в так называемых россыпных месторождениях.

Определение плотности драгоценных камней может очень помочь коллекционеру при их идентификации.

Твердость минералов по Шкале Мооса

В геммологии, которая обычно оперирует малыми количествами материала, плотность определяют двумя методами: методом гидростатического взвешивания и методом погружения в тяжелые жидкости. Первый из них хотя и отнимает много времени, но не требует больших затрат. Что же касается второго метода, то он довольно сложен, а подчас и дорог, но зато позволяет быстро провести надежное сравнение по плотности крупных партий незнакомых камней.

Метод гидростатического взвешивания основан на законе Архимеда; путем погружения неизвестного камня в воду определяется его объем, а плотность затем рассчитывается по простой формуле: Плотность камня = Масса камня / Объём камня

Гидростатические весы каждый может смастерить собственными силами. Достаточно приспособить для этого аптекарские рычажные весы. Испытуемый объект взвешивается сначала в воздухе, а затем в воде; разность полученных значений соответствует массе вытесненной воды и тем самым в числовом выражении – объему камня.

Даже любитель, пользуясь этим способом, в силах измерить плотность с точностью до первого, а при некотором навыке – и до второго десятичного знака. Разумеется, необходимо следить за тем, чтобы камни не соприкасались с посторонними веществами; они должны быть без оправы, а при взвешивании на воздухе – непременно сухими.

Пример:Масса в воздухе 5,2 г Масса в воде 3,3 г Разность = объему 1,9 Плотность = Масса / Объём = 5,2 / 1,9 = 2,7

Основная идея метода погружения в тяжелые жидкости опирается на тот известный факт, что твердые тела в жидкости равной плотности пребывают во взвешенном состоянии, не опускаясь на дно, но и не плавая на поверхности. При испытании неизвестный камень помещают в более тяжелую жидкость, на поверхности которой он плавает;

Предлагаем ознакомиться  Разница между цирконием и фианитом

Бытовые средства измерения твердости

Иногда для определения твердости приходится пользоваться средствами, которые есть под рукой, хотя в некоторых случаях они бывают недостаточно точны (карандаш -1, соль поваренная – 2, ноготь – 2.5, медная монета – 3, железный гвоздь – 4, стекло – 5, стальной нож – 6, напильник – 7). При определении твердости всегда следует испытывать свежую поверхность минерала.

Твердость минералов по Шкале Мооса

Для практических целей хорошо запомнить:

  • ноготь оставляет царапину на гипсе и более мягких веществах;
  • обычное оконное стекло немного мягче полевого шпата;
  • стальное лезвие ножа немного тверже полевого шпата, приближаясь по твердости к кварцу, и легко царапает стекло.

Плотность пород

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

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.

Классификация природных камней по твердости

Твердость минералов по Шкале Мооса

Твердость эталонных минералов указана в таблице Мооса. Видовую принадлежность образцов с одинаковым показателем отличают по внешности и физико-химическим свойствам.

Если самоцвет можно просверлить сверлом по бетону, это александрит, хризоберилл и другие породы с показателем менее 8,5 баллов. Повреждение стальным гвоздем указывает на возможную принадлежность к породам ниже кварца с маркером «7».

Нож из углеродистой стали не повредит ортоклаз, но оцарапает монацит, малахит, слюду и прочие минералы с показателем менее 5,5. Принадлежность к кальциту проверяют ребром медной монеты. Гипс и тальк ― самые мягкие породы. Они царапаются ногтем.

Минералы вне шкалы Мооса Десятичный показатель Дробное значение
Муассанит 9,5 9 ½
Неполированный керамогранит, холтит, александрит, хризоберилл 8,5 8 ½
Вольфрам, ганит, аквамарин, шпинель, изумруд, пейнит, берилл От 7,5 От 7 ½
Циркон, сапфирин, андалузит 7,5 7 ½
Альмандин, данбурит, турмалин, борацит, кордиерит До 7,5 До 7 ½
Кремний, гранит, жадеит, яшма 6,5 6 ½
Монацит 5,5 5 ½
Малахит, халькопирит, доломит 3,5 3 ½
Киноварь, янтарь, висмут, хлорит, слюда 2,5 2 ½
Графит 1,5 1 ½

По шкале Мооса образцы делят на мягкие, средние и твердые минералы. К первой группе относят графит, гипс, тальк, киноварь, слюду и прочие камни с баллом ниже трех. Ко второму классу принадлежат породы с показателем 3–6. Остальные считаются самыми прочными. Плотностью драгоценных самоцветов называют значение от 8. Это топаз, сапфир, рубин, алмаз.

Твердые

Средней твердости

Мягкие

Гранит, гнейс, диорит, сиенит, габбро, лабрадорит, тешенит, диабаз, кварцевый порфир, базальт

Мрамор (ахроматический и хроматический), конгломерат, брекчия, известняк, песчаник, вулканический туф, известковый туф, сланцы

Гипсовый, тальковый

Что такое шкала твердости по Моосу

Фридрих Моос разработал 10-балльную шкалу твердости разных пород. В нее включил 10 минералов эталонной прочности. Чем ниже показатель, тем менее долговечен самоцвет, легче способ его добычи, огранки, трудоемкость работы.

Эталонные образцы Балл по предложению Фридриха Мооса
Алмаз 10 (наивысший)
Корунды (сапфир, рубин, наждак, прочие) 9
Топаз 8
Кварц 7
Полевые шпаты 6
Апатит 5
Плавиковый шпат, флюорит 4
Известняки, кальциты 3
Каменная соль, гипс 2
Тальк 1

Этими самоцветами проверяют плотность кристаллов. Если они не повреждают поверхность, значит, исследуемый экземпляр либо тверже, либо идентичен эталонному образцу.

Есть самоцветы с промежуточной прочностью, не вошедшие в шкалу Мооса. Показатель записывают дробным или десятичным числом.

Также определяют линейную твердость. Нагрузку на самоцвет делают по траектории одной условной линии пролегания. То есть механически влияют на исследуемую поверхность вдоль, поперек или вглубь кристалла. Значения сверяют не по Моосу, а с абсолютной шкалой.

Показатели шкалы линейной прочности:

  • алмаз ― 1500;
  • корунд ― 400;
  • топаз ― 200;
  • кварц ― 100;
  • ортоклаз, полевой шпат ― 72;
  • апатит ― 48;
  • флюорит ― 21;
  • кальцит ― 9;
  • гипс ― 3;
  • тальк ― 1.
Предлагаем ознакомиться  Камень фианит и его магические свойства по знакам Зодиака

Для полевых условий нет принципиальных отличий между шкалами. Алмазы не повреждаются никаким материалом. На тальке и гипсе остаются следы от ногтя. Корунды царапают топаз. Кварц оставляет следы на оконном стекле. Флюорит и апатит проверяют ножом, а кальцит ― медной пластиной или монетой.

Драгоценные камни

Плотность разрабатываемой породы выполняют карандашами Мооса. Это набор 10 эталонных камней. Образцовый минерал с заостренным краем для удобства закреплен в металлическом стержне. Каждый карандаш промаркирован от 1 до 10 в соответствии с твердостью по шкале Мооса (от талька «1» до алмаза «10»).

Особенность работы заключена в механическом воздействии карандаша на исследуемую породу. Камень с высшей твердостью всегда оцарапает образец с меньшей и не повредит самоцвет с более высоким показателем.

Пример 1. Образец с маркировкой «9» повредит самоцветы с плотностью ниже 9 (от топаза до талька). Испытуемый камень кладут на ровную поверхность цельной стороной вверх и с силой царапают эталоном твердости. Если кристалл сохранит целостность, он либо принадлежит к корундам (сапфир или рубин), либо относится к алмазам. Последний не поцарапается ни одним из карандашей.

Пример 2. Испытуемый камень царапают поочередно карандашами с возрастающей нумерацией. Начинают с номера «1», «2» или «3». Твердость определяют по эталонному образцу, который не поцарапал породу.

Линейная твердость

Тальк – 1 – Скоблится ногтемГипс – 3 – Царапается ногтемКальцит – 9 – Царапается медной монетойФлюорит – 21 – Легко царапается ножомАпатит – 48 – С трудом царапается ножомОртоклаз – 72 – Царапается напильникомКварц – 100 – Царапает оконное стеклоТопаз – 200 – Легко царапает кварцКорунд – 400 – Легко царапает топазАлмаз – 1600 – Не царапается ничем (а сам при этом легко царапает корунд)

Твердость

Минерал

Абсолютная твердость

1

Тальк (Mg3Si4O10(OH)2)

1

2

Гипс (CaSO4·2H2O)

3

3

Кальцит (CaCO3)

9

4

Флюорит (CaF2)

21

5

Апатит (Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-))

48

6

Полевые шпаты (KAlSi3O8)

72

7

Кварц (SiO2)

100

8

Топаз (Al2SiO4(OH-,F-)2)

200

9

Корунд (Al2O3)

400

10

Алмаз (C)

1500

Имитации камней и проверка на твердость

Твердость минералов по Шкале Мооса

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). Особенно полезно такое испытание в случае алмаза, потому что он, будучи гораздо тверже любого другого драгоценного камня, оставляет на стекле царапину значительно более глубокую, чем это можно сделать рубином или сапфиром.

До того, как ввели в употребление рефрактометр, это был практически единственный метод проверки ограненных камней.

Если камень заключен в оправу, лучше всего его вынуть оттуда и провести испытание па ободке камня, поскольку поцарапанное место можно в этом случае полностью закрыть, снова вставив камень в оправу.

Для удобства испытания минералов на твердость применяют так называемые эталонные острия, в которых кусочки материала с известной твердостью вставлены в небольшие держатели.

Другие методы определения твердости минералов

Прочность также определяют иными способами. Испытания не по шкале Мооса проводят в лабораторных или полевых условиях.

Профессор Михаил Протодьяконов разделил породы по степени крепости. Метод принципиально отличается от предложенного Моосом. Определяют по трудоемкости при их разработке. По результатам устанавливают категорию плотности.

Шкала Протодьяконова:

  • коэффициент крепости 20 (высшая степень) ― кварциты, базальт;
  • 15 и 10 (крепкие) ― кремнистый сланец, кварцевый порфир, другие гранитные породы, прочные песчаники, рудные минералы;
  • 8 (крепкие) ― колчеданы, доломит, мрамор;
  • 3–6 (средние) ― сланцевые породы;
  • 1–2 (мягкие) ― гипс, мел, известняк, соль, глина.

Другой метод разработал Джеймс Талмедж. Минерал царапают иглой под нагрузкой. Прочность определяют по глубине борозды со сверкой по шкале. Это, как и у Мооса, неточный способ: на разных плоскостях или направлениях цифры нередко отличаются.

Плотность выясняют и методом полировки с последующей оценкой поверхности под световой полоской Кальба. Мягкие места немного углубляются в сравнении с твердыми зернами.

Спайку минералов также проверяют микротвердомером. Алмазным острием под нагрузкой давят на камень, затем измеряют глубину отпечатка. Это немного похоже на определение по шкале Мооса.

Ф. Моос разработал удобную шкалу определения твердости минералов в полевых условиях. Но более тщательное изучение камней проводят в лабораториях по методам других исследователей.

А что вы думаете о шкале Фридриха Мооса? Удобно ли вам пользоваться его методом? Пишите отзывы, комментируйте статью и делитесь информацией в соцсетях. Всего доброго.