Co to jest twardość?
Jedną z najważniejszych cech fizycznych minerałów jest twardość. Ustalenie twardości kryształu, który chcemy rozpoznać jest kluczowe by poprawnie zidentyfikować okaz. Pozostaje jednak ważne pytanie. Jak rozumieć pojęcie twardości? Twardość to odporność minerału na zarysowanie lub ścieranie różnymi substancjami. Pozostaje jeszcze jedno ważne pytanie. Jak badać twardość minerałów?
Podczas warsztatów geologicznych bardzo często, ktoś pyta “co to jest?”, odpowiadam: “poczekaj, sprawdzę twardość” i rysuję kawałkiem minerału o swój młotek. Wykorzystuję do tego, w pewnym sensie skalę Mohsa.
Skala Mohsa
W 1812 roku niemiecki fizyk i chemik Friedrich Mohs (1773-1839) stworzył skalę, obejmującą 10 wzorcowych minerałów o różnej twardości i uszeregował je od najmniej twardego (1) to najtwardszego (10).
Są to kolejno:
- talk Mg3Si4O10(OH)2
- gips CaSO4·2H2O
- kalcyt CaCO3
- fluoryt CaF2
- apatyt Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-)
- ortoklaz KAlSi3O8
- kwarc SiO2
- topaz Al2SiO4(OH-,F-)2
- korund Al2O3
- diament C (tak, to węgiel!)
Jak sprawdzić twardość minerału i jego pozycję na skali Mohsa?
Kolejne minerały skali Mohsa rysują wszystkie poprzednie np. Ortoklazem (twardość 6) jesteśmy w stanie zarysować powierzchnię minerałów o twardości od 1 do 6. Minerały o tej samej twardości rysują się wzajemnie.
W praktyce, do określania przybliżonej twardości minerałów w skali Mohsa wcale nie potrzebujemy 10 wzorcowych minerałów. Wystarczy wiedza, że minerały o niskich twardościach (1 i 2) łatwo dają się zarysować paznokciem. Minerały do twardości 3 dają się zarysować miedzianym drutem, natomiast te o twardości 4 -5 zarysuje stalowe ostrze.
Minerały o twardości 6 zwykle nie dają się już zarysować stalowym ostrzem ale można je zarysować szkłem. Minerały o twardości 7-8 rysują szkło, natomiast te o twardościach 9-10 przecinają szkło. Dzięki temu jesteśmy w stanie orientacyjnie określić twardość interesującego nas okazu. No dobra, a co z agatem? Jeżeli wiesz czym jest agat to, łatwo będzie go umiejscowić na skali Mohsa. Jest gdzieś w okolicy 6.5. To czyni go nieco twardszym od ortoklazu i znajduje się tuż pod kwarcem. Co to oznacza w praktyce? Pamiętaj, że wszystko zależy od składu danego okazu.
A dlaczego ważne jest aby wiedzieć jaką agat ma twardość? Odpowiedź jest bardzo praktyczna – szlifując, a następnie polerując agaty, musimy wiedzieć jakie materiały polerskie (głównie inne sproszkowane minerały umiejscowione wyżej na skali Mohsa) potrzebne są aby można było łatwo doprowadzić powierzchnię agatu do do idealnej gładkości i połysku. Jeżeli chcesz wiedzieć na ten temat więcej, zobacz jak szlifować i polerować agaty oraz inne minerały.
Twardość stali i szkła może się wahać w pewnym przedziale, dlatego kompletując swój zestaw do określania twardości minerałów idealnie jest przetestować twardość ostrza czy szklanej płytki z użyciem zestawu minerałów wchodzących w skład skali Mohsa.
Inne skale twardości
Do badania twardości różnych substancji (nie tylko minerałów) wykorzystuje się wiele różnych metod, z których skala Mohsa jest najprostszą i najstarszą, ale ciągle bardzo użyteczną w warunkach terenowych.
Jedną z bardziej znanych jest skala twardości Vickersa. Mierzenie twardości tą metodą polega na wgniataniu w badaną powierzchnię czworobocznego foremnego ostrosłupa diamentowego o określonych wymiarach pod odpowiednim obciążeniem i zmierzeniu rozmiarów powstałego kwadratowego odcisku. Jak widać, nie jest to najprostsza metoda i raczej przeprowadza się ją w warunkach laboratoryjnych.
Gdy zbadamy twardość minerałów wchodzących w skład skali twardości Mohsa metodą Vickersa okaże się, że bezwzględne różnice twardości pomiędzy tymi minerałami nie są równe (liniowe). To oznacza, że diament jest twardszy od talku 370 razy, a nie 10 jak mogłoby się wydawać. Tu zobaczysz porównanie minerałów ze skali Mohsa i wartość twardości wg. Skali Vickersa.
| Minerał | Mohs | Vickers (kg/mm2) |
|---|---|---|
| Talk | 1 | 27 |
| Gips | 2 | 61 |
| Kalcyt | 3 | 157 |
| Fluoryt | 4 | 315 |
| Apatyt | 5 | 535 |
| Ortoklaz | 6 | 817 |
| Kwarc | 7 | 1161 |
| Topaz | 8 | 1567 |
| Korund | 9 | 2035 |
| Diament | 10 | 10000 |
Kilka wskazówek
- Należy pamiętać, że twardość oznaczamy na „świeżych” – niezwietrzałych powierzchniach!
- Badanie twardości bardzo małych okazów lub skupień zbitych/ ziemistych może dawać zaniżone wyniki.
- Badanie twardości należy przeprowadzać z wyczuciem, żeby nie pokruszyć badanego minerału.
- Jeśli na badanej powierzchni pojawi się rysa, należy przetrzeć ją palcem by sprawdzić czy zarysowaniu uległ badany minerał czy przedmiot, którym próbowaliśmy go zarysować.
- Istnieją minerały, w których twardość jest cechą kierunkową i ma różne wartości w zależności od kierunku w którym rysujemy kryształ (np. dysten).
