Записки камнерезчика. Для чего нужна шкала Мооса?

***

Для камнерезчика очень важно знать твёрдость обрабатываемых минералов. Почему? Потому что от твёрдости камня в первую очередь зависит трудоёмкость его обработки (сколько времени и усилий будет затрачено на обработку минерала, какой инструмент понадобится, как лучше «раскрыть» камень…).

А для драгоценных камней твёрдость очень важна ещё и потому, что именно твёрдость определяет долговечность самоцвета, от твёрдости зависит долговечность сохранения полировки камня (в таких случаях говорят, что камень «хорошо держит полировку») и его блеск.

Что такое твёрдость минерала и как её измерить

Что такое твёрдость минерала? В минералогии мирно со-существуют несколько определений твёрдости минералов, например, такое: твёрдость камня – это сопротивление, которое оказывает его поверхность при попытке поцарапать её другим камнем или иным предметом.

Для измерения твёрдости минералов делались попытки применить всевозможные методы, основанные на сопротивлении камней царапанию, истиранию, сверлению, деформации поверхности… Но все эти попытки не имели успеха. Нужен был простой, надёжный и всем доступный метод. И вот наконец, чтобы упростить различение минералов по твёрдости, в 1811 г. немецким минералогом Фридрихом Моосом (F. Mohs) была предложена шкала твёрдости, которая широко применяется до сих пор, повсюду и всеми, кто работает с минералами, – геологами, минералогами, камнерезчиками, ювелирами. Эту шкалу стали называть шкалой твёрдости минералов, или шкалой Мооса.

Карл Фридрих Христиан Моос [Мос] (нем. Carl Friedrich Christian Mohs; 29 января 1773 г., Гернроде, Германия – 29 сентября 1839 г., Агордо, Италия) – немецкий минералог и геолог. Учился в Галле и Фрейберге. В 1812 г. стал профессором в Граце, в 1818 г. переехал в Горную академию в Фрейберг, в 1826 г. – в Вену.

Шкала Мооса – это минералогическая шкала твёрдости, набор эталонных минералов для определения относительной твёрдости методом царапания. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастающей твёрдости:

1. Тальк, Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂; царапается ногтем.

2. Гипс (каменная соль), CaSO₄•2H₂O; царапается ногтем.

3. Кальцит (известковый шпат), CaCO₃; царапается медной монетой.

4. Флюорит (плавиковый шпат), CaF₂; царапается ножом, кусочком оконного стекла.

5. Апатит, Ca₅(PO₄)₃(F, Cl); царапается ножом, кусочком оконного стекла.

6. Полевой шпат, KAlSi₃O₈; царапается напильником.

Значения шкалы от 1 до 10 соответствуют 10-ти достаточно распространенным минералам – от талька до алмаза. При этом твёрдость минерала по шкале Мооса определяется номером соответствующего минерала-эталона, например, твёрдость талька – 1, алмаза – 10, апатита – 5. Твёрдость испытуемого минерала определяется путём поиска самого твёрдого эталонного минерала, который оставляет царапину на испытуемом минерале; и/или самого мягкого эталонного минерала, на котором оставляет царапину испытуемый минерал. То есть, испытуемый минерал либо царапает эталонный (при этом его твёрдость по шкале Мооса выше/равна эталонному), либо царапается эталонным минералом (при этом его твёрдость ниже/равна твёрдости эталонного минерала). Если минерал оставляет царапину на каком-либо эталонном минерале и сам «царапается» этим минералом, то твёрдость обоих минералов считают одинаковой.

Например, если испытуемый минерал царапается апатитом, а сам оставляет царапину на флюорите, то его твёрдость находится в диапазоне от 4 до 5.

Шкала Мооса очень удобна для практического применения, – для грубой сравнительной (относительной) оценки твёрдости материалов по системе «мягче-твёрже»: номер по шкале Мооса указывает только на порядок в распределении минералов по твёрдости (мягче, тверже, такой же), но не имеет какого-либо количественного значения. Следует помнить, что величина твёрдости, определяемая с помощью шкалы Мооса, весьма относительна и неточна. Более точное определение твёрдости производится, например, с помощью склерометра.

Для практических («походных») целей можно запомнить, что:

– человеческий ноготь имеет твёрдость по шкале Мооса – 2,5; оставляет царапину на гипсе (и более мягких минералах);

– медная монета имеет твёрдость по шкале Мооса – 3,5; твёрже кальцита, но мягче флюорита;

– кусочек обычного оконного стекла и лезвие перочинного ножа имеют твёрдость по шкале Мооса – 5,5; немного мягче полевого шпата;

– напильник имеет твёрдость по шкале Мооса – 6,5; немного твёрже полевого шпата, но немного мягче кварца.

Так как различные виды драгоценных камней имеют, по меньшей мере, такую же твёрдость, как и кварц (7), их легко можно отличить от внешне похожих на них «мягких» стеклянных изделий, имитирующих драгоценные камни, с помощью напильника (надфиля). До того, как ввели в употребление рефрактометр, это был практически единственный метод проверки огранённых камней.