Шкала твёрдости Мооса

Юбилей шкалы Мооса

Более двухсот лет геммологи всего мира пользуются шкалой грубого разграничения твердости минералов. Составленная в 1811-м году немецким ученым Фридрихом Моосом (Carl Friedrich Christian Mohs, 1773-1839), она не утратила актуальности до сих пор. Принцип сравнительного определения твердости пород оказался на редкость удобным. Даже далеко не эталонные параметры человеческого ногтя нашли применение в таблице.

Следует признать, что метод выявления устойчивости любого минерала к процарапывынию для установления показателей его твердости и прост, и остроумен. Моос предложил взять десять весьма распространенных пород – от самой мягкой до самой твердой – и расположить их в таблице так, чтобы с нарастанием номера возрастала степень прочности межмолекулярных связей минерала, понимаемая наукой как твердость.

Естественно ожидать, что самый мягкий минерал (тальк) не в состоянии оставить царапину ни на одном из более прочных материалов. Самый твердый – алмаз – прорезает след на любом из камней естественного происхождения.

Диагностируемый минерологом камень может быть испытан процарапыванием любым из эталонных образцов – что позволяет определить относительную и предположить (пусть и весьма приблизительно) абсолютную твердость породы.

К примеру, зеленый прозрачный минерал, царапаемый топазом, и оставляющий след на кварце, вполне может оказаться бериллом. Камень, похожий на изумруд и найденный на Урале, при проверке не способен процарапать горный хрусталь, зато оставляет след на ортоклазе. Значит, это – хризолит.

Несмотря на условность и несовершенство подобной классификации (многие минералы характеризуются твердостью достаточно широкого диапазона), таблица Мооса прижилась как удобное прикладное средство диагностики камня.

Для геммологов подобные характеристики обрабатываемых материалов оказались ключевыми: твердость драгоценного камня – показатель его устойчивости к абразивному износу, определяющий сферу практического использования кристалла.

Список минералов, использованных Моосом для построения таблицы эталонов твердости, остался неизменным, однако к нашему времени дополнился аналогами, помогающими диагностировать испытуемые образцы:

• Тальк. Тальк наиболее мягкий минерал, абсолютная твердость (определяется инструментальным методов в лабораторных условиях) равна единице. Поддается процарапыванию ногтем (твердость около 2,5 единиц). Сходными параметрами обладает графит.

• Гипс. Гипс более чем вдвое тверже талька, однако почти так же легко процарапывается ногтем. Слюда, кристаллы поваренной соли, некоторые другие хлориты характеризуются подобным уровнем твердости.

• Кальцит. Он же известковый шпат, почти втрое превосходит слюду по твердости, и уже не поддается ногтю. Зато его без затруднений царапает стальное лезвие перочинного ножа (твердость около 5,5 единиц), а также медь и ее сплавы. Благородные металлы – червоное золото, чистое серебро, а также слоистый биотит тверды в той же мере, что и кальцит.

• Флюорит. Или плавиковый шпат, поддается стальному резцу и осколку стекла, но более чем вдвое превосходит твердостью предыдущий эталонный минерал. Сходной твердостью (но меньшей эстетической выразительностью самоцветных камней) характеризуются доломит и сфалерит.

• Апатит. Апатит, востребованный ювелирной промышленностью самоцвет, процарапывается не всякой сталью. Он в два с лишним раза тверже флюорита. Оконное стекло оставляет малозаметную царапину на поверхности апатита. Строго блестящий гематит и ослепительно синий лазурит столь же тверды, как и апатит.

• Ортоклаз. Ортоклаз, он же полевой шпат, примерно вдвое более тверд, нежели апатит. Ортоклаз уже сам царапает стекло, и поддается только твердосплавным сталям. Опал и часто врастающий в кристаллы рутил характеризуются твердостью ортоклаза.

• Кварц. Кварц в полтора раза тверже ортоклаза. Обрабатывать кварц можно корундами и алмазом. Оцвеченная разновидность окиси кремния – гранат – и двуцветный турмалин не менее тверды, чем горный хрусталь (то есть кристаллический кварц).

• Топаз. Топаз один из весьма твердых самоцветов. Он вдвое тверже кварца, и сходен по твердости со шпинелью и аквамарином.

• Корунд. Корунд вчетверо более тверд, чем топаз. В одном ряду с корундом стоят карбид вольфрама (в последние годы ювелиры научились делать из этого материала впечатляющие мужские кольца), сапфиры, рубины.

• Алмаз. Алмаз чемпион твердости среди минералов природного происхождения. Он вчетверо тверже корунда, и даже теоретически приближается к пределу возможной твердости для любых материальных объектов.

Подбирая материалы для натурного варианта шкалы Мооса, следует знать: минералы, добытые в разных месторождениях, могут существенно различаться твердостью. Австралийские алмазы тверже южноафриканских. Сапфиры Шри-Ланки тверже любого рубина, а сапфиры из штата Кашмир – мягче...

Практикующему минерологу полезно иметь в арсенале инструментов набор эталонов Мооса, вмонтированных (для удобства пользования) в металлические трубчатые оправы. Без самого дорого элемента шкалы – алмаза – можно и обойтись, заменив его эльбором, искусственным материалом, по твердости близким к природному алмазу.

Диагностику материалов следует проводить аккуратными короткими движениями эталонных образцов по плоской (и желательно гладкой) поверхности. Нанесенные царапины необходимо рассматривать при оптическом увеличении: невооруженный глаз не всегда в состоянии отличить, какой именно из испытуемых материалов раскрошился, а какой уцелел.

Поскольку основная масса минералов естественного происхождения обладает твердостью в диапазоне от 2-х до 6-ти единиц, проверку полезно начинать с процарапывания исследуемого образца апатитом или стеклом (твердость 5).

Нужно иметь в виду, что различные плоскости кристаллов одного минерала в некоторых случаях могут обладать различными показателями твердости (таков, в частности, кианит) – что само по себе является характерным диагностическим признаком.

Отдельные материалы, структура которых отлична от кристаллической, могут давать ложные результаты исследования. Гематит, находимый в агрегатном состоянии красной охры, может показаться менее твердым, чем есть на самом деле.

Проверка ювелирных вставок, проводимая с целью определения подлинности камня, должна затрагивать участки камня, скрытые от наблюдателя оправой. Оставляя царапину на видимой грани драгоценного камня, можно испортить дорогое изделие!

Справедливости ради нужно отметить, что попытки создать еще более подробную шкалу относительной твердости минералов предпринимались и после Мооса – однако настоящий успех пришелся на долю универсальной шкалы относительной твердости, созданной Карлом Фридрихом Моосом.