У минеральных индивидов, как у любых физических тел, есть ряд физических параметров. Одним из главных параметров и первым, который изучают ещё юные геологи в детстве является твёрдость минерала. При этом, в обычной жизни мы чаще всего имеет дело именно с относительной твёрдостью, так как для определения абсолютной требуется специальное оборудование.
Относительная твёрдость минералов
Относительная твёрдость - твёрдость минерала относительно других минералов. Т.е. это эдакая сравнительная характеристика (больше-меньше). Уже более чем 200 лет для определения относительной твёрдости используется шкала, предложенная в 1811 году немецким минералогом Фридрихом Моосом.
Состоит из 10 минералов-эталонов, твёрдость которых (в условных единицах) соответствует номерам:
- тальк — 1;
- гипс — 2;
- кальцит — 3;
- флюорит — 4;
- апатит — 5;
- ортоклаз — 6;
- кварц — 7;
- топаз — 8;
- корунд — 9;
- алмаз — 10.
Если минерал царапает эталон, его твёрдость по шкале выше; если он царапается эталоном — ниже. Например, если минерал не царапается кварцем, но царапается топазом, то его твёрдость находится в диапазоне от 7 до 8. Шкала предназначена для ориентировочной оценки относительной твёрдости минералов и используется для быстрой диагностики минералов, т.к. для всех минералов обязательно известна их твёрдость по шкале Мооса.
Также в шкалу Мооса часто добавляют дополнительные материалы с промежуточной твёрдостью: стекло, сталь и медную пластинку.
Абсолютная твёрдость минералов
Для определения абсолютной твёрдости в минералогии чаще всего используется метод вдавливания Виккерса (также существуют методы Роквелла и Бриннеля, но применяются гораздо реже). Сущность метода заключается во вдавливании в испытуемый минерал правильной стандартной четырёхгранной алмазной пирамидки с определённой стандартной нагрузкой и временем вдавливания. Затем размер отпечатка измеряют и рассчитывают твёрдость вдавливания (в кг/мм²) как отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка.
Процесс испытания:
- Алмазный индентор вдавливают в материал под нагрузкой до 100 кгс на 10–15 секунд.
- После снятия нагрузки на поверхности образца остаётся отпечаток.
- Твёрдость определяют как отношение нагрузки к площади пирамидального отпечатка.
Отдельно стоит отметить момент, который далеко не все понимают - если в относительной шкале твёрдость апатита 5, а алмаза 10, то это не значит что алмаз в два или в пять раз твёрже и т.п. Например абсолютная твёрдость алмаза по Виккерсу в 16 раз выше чем у кварца и в 1600 раз выше чем у Талька.
Таким образом, существует два вида твёрдости минералов: абсолютная и относительная. Оба метода определения твёрдости очень простые и быстрые. Для определения относительной твёрдости используются эталоны минералов - шкала Мооса, а для определения абсолютной применяется специальное оборудование - алмазная пирамидка с грузиками и динамометром, единственное - для определения абсолютной твёрдости требуется плоская поверхность (грань или спил), при этом нужно обязательно знать какая именно грань или спил повёрнута к алмазной пирамидке т.к. для некоторых минералов характерна анизотропия твёрдости.