Земная кора содержит большое количество минералов. Однако, если бы мы ранжировали их по твердости, некоторые минералы были бы намного тверже других. Существует несколько методов, которые можно использовать для определения того, насколько они прочные, например, шкала Бринелла и тест на твердость по Виккерсу. Однако шкала твердости по Моосу является наиболее широко используемым и надежным методом.
Что такое шкала твердости по Моосу?
Относительную твердость различных минералов и других объектов можно оценить с помощью шкалы твердости Мооса, которая состоит из десяти эталонных минералов (пронумерованных с 1 по 10). "Устойчивость элемента к царапинам” - это то, как этот тест характеризует твердость минерала.
Как использовать шкалу Мооса
При проведении теста на твердость по Моосу положите неизвестный предмет на стол и крепко держите его одной рукой. Поместите точку отсчета рядом с плоской, без опознавательных знаков поверхностью неизвестного образца. Намеренно проведите эталонным образцом по плоской поверхности, оказывая сильное давление на неизвестный предмет.
Отодвиньте известный образец от своего тела параллельно пальцам, удерживающим неизвестный образец, чтобы не повредить его.
Например, если минерал № 5 может поцарапать образец минерала неизвестной твердости, то твердость образца меньше или равна твердости по шкале Мооса, равной 5. Аналогично, если эталонный минерал № 5 не может поцарапать ваш образец, ваш образец имеет твердость по шкале Мооса, большую или равную 5.
Хотя шкала Мооса не является точной и носит строго порядковый характер, она, тем не менее, ценна для геологии, поскольку может использоваться для определения твердости различных минералов. Она функционирует путем оценки того, насколько легко одно вещество может поцарапать более мягкий материал. Производители электроники часто используют эту шкалу для оценки надежности модулей плоских дисплеев.
В соответствии с твердостью по шкале Мооса, ниже приведен наш рейтинг самых твердых минералов в мире.
12. Лонсдейлит – 7-8 Моос
Лонсдейлит, обычно называемый гексагональным алмазом, представляет собой редкий аллотроп углерода (подобно графиту и алмазу), обнаруженный исключительно в естественных обломках метеоритов.
Кратер Барринджер в Аризоне, США, образовался в результате падения метеорита Каньон Диабло, где в 1967 году впервые был обнаружен лонсдейл. Минерал лонсдейл был назван в честь Кэтлин Лонсдейл, первой женщины-члена Королевского общества и первого новатора в области кристаллографии из Соединенного Королевства. Кристалл выглядит как земной алмаз, но его шестиугольная кристаллическая структура отличает его. Кристаллическая структура алмазов обычно кубическая.
Большинство лонсдейлитов, встречающихся в природе, имеют более низкую твердость, чем алмазы. Скорее всего, причиной этого являются примеси материала. Лонсдейлит без примесей значительно тверже любого алмаза, обнаруженного на Земле.
11. Топаз – 8 Мооса
Он занимает 8-е место по шкале твердости Мооса, что делает его более прочным, чем танзанит, и почти таким же твердым, как сапфир. Топаз, как и все кристаллы, хрупок, и с ним нужно обращаться осторожно.
Риолит и пегматит можно найти во многих местах по всему миру. В штате Минас-Жерайс на юго-востоке Бразилии производится большая часть императорских топазов высокого качества.
Основная цель производства топаза - использование его в качестве драгоценного камня для ювелирных изделий. Топаз-сырье, которое можно использовать для создания огнеупорных материалов. Эти материалы можно использовать в печах, обжиговых установках, мусоросжигательных заводах и реакторах, поскольку они сохраняют свою прочность при высоких температурах.
Интересный факт: В древние времена считалось, что топаз лечит воспаления, останавливает лунатизм и улучшает зрение. Также говорили, что камень менял цвет, когда находился рядом с отравленной едой или питьем. И целители, и врачи использовали его в различных медицинских процедурах.
10. Хром – 8,5 Мооса
Хром может существовать в различных химических формах и может быть найден в виде жидкости, твердого вещества или газа. Тремя наиболее распространенными формами хрома, также известными как шестивалентный хром, являются хром (0), хром (III) и хром (VI). Соединения хрома не имеют отчетливого вкуса или запаха.
Хром чрезвычайно твердый и имеет очень высокую температуру плавления. Его можно полировать до блеска и предотвращать потускнение, но он хрупкий и блестящий. Более 2000 лет назад китайцы впервые использовали его в качестве покрытия для металлического оружия, обнаруженного Терракотовой армией во времена династии Цинь.
Сталь закаляется с использованием хрома, который также используется для производства нержавеющей стали (названной так потому, что она не ржавеет), и нескольких сплавов. Стали можно придать зеркальную полировку с помощью хромирования. Бамперы и другие детали для автомобилей и грузовиков с хромированным покрытием ранее были довольно популярны.
9. Кубический цирконий – 8,5 Мооса
Немецкие минералоги К. Чудоба и М.В. Штакельберг впервые обнаружили природный кубический цирконий в 1937 году. Драгоценный камень много лет игнорировался, прежде чем был обнаружен советскими экспертами. Считалось, что камень может служить прочным алмазоподобным материалом. Ходили слухи, что его будут использовать в лазерах вместо рубинов.
Сегодня в ювелирной промышленности кубический цирконий производится в больших количествах. Поскольку кубический цирконий редко встречается в природе, он должен быть произведен или синтезирован человеком для использования в ювелирных изделиях.
Интересный факт: С каждым драгоценным камнем связаны верования, будь то духовные, ментальные или физические. Многие люди думают, что кубический цирконий может сбалансировать физическое и эмоциональное благополучие владельца. Также считается, что ношение этого камня может помочь носителю установить связь с ангельскими мирами.
8. Хризоберилл – 8,5 Мооса
Переливы этого природного драгоценного камня, или циклические близнецы, завораживают. Сдвоенные кристаллы напоминают шестиугольники и обычно зеленовато-желтого цвета, хотя они также могут быть других оттенков зеленого, коричневого, желтого и других цветов.
Все виды применения хризоберилла в основном духовные. Считается, что хризоберилл является мощным талисманом, который использовался для защиты от несчастий с незапамятных времен человечества. Хризоберилл преобразует негативные идеи в позитивную энергию. Он повышает самооценку и уверенность в себе. Хризоберилл помогает рассмотреть сценарий или проблему со всех сторон.
Метафизические целители использовали его для лечения многочисленных заболеваний сердца и печени, мышечной слабости, нервного напряжения и даже паралича.
7. Карбид вольфрама – 9 Моос
Соединение вольфрама и углерода, известное своей выдающейся прочностью и высокой температурой плавления (2870 ° C), известно как карбид вольфрама. Он часто используется в таких продуктах, как абразивы, фрезы, штампы и пуансоны, которым требуется исключительная износостойкость или ударопрочность.
Чрезвычайно твердый карбид вольфрама, помимо прочего, используется в ювелирном производстве. Несмотря на то, что карбид вольфрама на самом деле содержит равное количество вольфрама и углерода, его часто ошибочно называют “вольфрамом” при использовании в ювелирных изделиях. Благодаря своей необычайной твердости и устойчивости к царапинам он стал очень популярен в ювелирном бизнесе.
Самым износостойким металлом, известным человеку, является карбид вольфрама. Ювелирные изделия из карбида вольфрама сопоставимы по цене с золотом и платиной и имеют замечательный вес. В случае неотложной медицинской помощи вольфрамовые кольца снять с пальца быстрее и проще, чем золотые.
6. Корунд – 9 Мооса
Одним из наиболее распространенных минералов, составляющих земную кору, является корунд. Корунд - природный минерал, образующий прозрачные горные породы. Это оксид алюминия со следами железа, титана и хрома.
Ваши любимые драгоценные камни, такие как восхитительные красные рубины и блестящие синие сапфиры, сделаны из этого минерала, который обладает магнетизмом и сложным составом.
Он используется для полировки металлов и шлифования оптического стекла, а также может использоваться для изготовления наждачной бумаги и шлифовальных кругов. Он используется в огнеупорах из-за его высокой температуры плавления (2040 ° C или 3700 ° F). Он может поцарапать практически все другие минералы из-за своей чрезвычайной твердости. Часто используется в качестве абразива.
5. Карбид титана – 9-9,5 Мооса
TiC обычно получают путем смешивания высокочистого диоксида титана с техническим углеродом при температурах от 1700 до 2100 ° C. Карбид титана часто используется для изготовления часовых механизмов, наконечников инструментов, а иногда и в качестве теплозащитного экрана для космических аппаратов, обеспечивающего возвращение в атмосферу.
Карбид титана не только прочный и легкий, но и естественно устойчив к коррозии. При первом контакте с кислородом он образует тонкое оксидное покрытие, которое служит барьером против дальнейшей коррозии металла.
4. Муассанит – 9,25 Мооса
Из-за дефицита муассанит не использовался в ювелирной промышленности до 1998 года. Его часто используют в качестве заменителя бриллиантов, поскольку он удивительно сопоставим с бриллиантами, но стоит дешевле.
Из-за своей долговечности муассанит (карбид кремния) является распространенным абразивом при гранильной обработке. Его твердость делает его идеальным для абразивной обработки, такой как гидроабразивная резка, пескоструйная обработка, шлифовка и хонингование в обрабатывающей промышленности.
Помимо этого, муассанит - самый яркий драгоценный камень из существующих. Количество света, отраженного от вашего глаза, служит показателем блеска. Другими словами, муассанит количественно более привлекателен, чем алмазы. Муассанит более термостойкий, чем алмазы, и имеет более прочную поверхность.
3. Стишовит – 9,5 Мооса
Стишовит представляет собой тетрагональный полиморф диоксида кремния, исключительно плотный и твердый. Хотя диоксид кремния крайне редко встречается на поверхности Земли, он может быть наиболее распространенной формой диоксида кремния внутри планеты, особенно в нижней мантии.
Сергей М. Стишову, российскому физику высокого давления, который первоначально создал минерал в 1961 году, дали название “Стишовит” в честь него. Эдвард К. Т. Чао нашел их в метеоритном кратере в 1962 году.
Эти полиморфы обычно встречаются в кристаллических породах высокого давления, таких как кимберлиты, которые являются алмазоносными породами, которые могут содержать коэзит, и кратерах от падения метеоритов, которые могут содержать стишовит.
2. Бор – 9,5 Мооса
Этот химический элемент образуется в результате процесса, известного как расщепление космическими лучами, форма ядерного деления, которая происходит естественным путем. Его природные соединения более распространены, чем бор в чистом виде. Соединения бора используются по нескольким причинам, таким как обеспечение стойкости к тепловому удару в стеклах на основе кремнезема, отбеливателях и изоляции из стекловолокна.
Бор используется в ядерных реакторах, в качестве полупроводника, в сплавах специального назначения, в цементировании железа, в качестве поглотителя кислорода для меди и других металлов, в качестве волокон в композитных материалах с металлами или керамикой, а также в устройствах для обнаружения нейтронов.
1. Алмаз – 10 Моос
Алмазы ценятся по целому ряду причин, включая их долговечность. Алмазы с наименьшей вероятностью изменяются со временем, потому что они являются самым твердым минералом на Земле. Они образуются далеко под поверхностью Земли при чрезвычайно высоком давлении. На глубине 100 миль под поверхностью Земли, когда температура (и давление) невероятно высоки, образуется большинство алмазов ювелирного качества.
Важно понимать, что даже алмазы с самой высокой твердостью по Моосу могут быть поцарапаны другими алмазами, доказывая, что они не являются неразрушаемыми.
Хотя бриллианты бывают всех цветов радуги, в ювелирных изделиях чаще всего используются бриллианты цвета От D до Z. Синие, зеленые, оранжевые и красные алмазы натурального цвета - самые редкие; желтые и коричневые - самые распространенные.
Особое упоминание – Buckypaper
Представьте вещество, весящее одну десятую веса стали, по крайней мере, в 250 раз прочнее. Вещество, о котором идет речь, известно как “Бакипапер”, и первоначально оно привлекло внимание ученых в начале 2000-х годов.
Углеродные нанотрубки толщиной от 25 до 72 микрометров, из которых состоит бумага, в 50 000 раз тоньше нашего волоса. Углеродная нанотрубка (УНТ) по сути представляет собой цилиндрическую трубку нанометрового диаметра, сформированную из графена. Это аллотроп углерода.
Бумага в 250 раз тверже стали и в два раза тверже алмаза благодаря прочным атомным связям (обычная сталь имеет диапазон твердости по Моосу 4-4,5).
В заключение
Различные виды минералов распадаются по-разному. Имейте в виду, что кристаллы составляют все минералы. Это указывает на то, что атомы минерала расположены по повторяющемуся шаблону; способ разрушения минерала определяется этим шаблоном.
Алмаз является самым твердым из известных минералов и сохранял это положение на протяжении всей истории разведки полезных ископаемых. Есть и другие минералы, которые, хотя и не такие твердые, как алмаз, довольно прочные.