Каталог
  

Мрамор по шкале мооса


Шкала Мооса

При описании свойств гранита и мрамора – горных пород, наиболее часто используемых при изготовлении надгробных памятников, нередко упоминается так называемая шкала твердости Мооса. Для чего и как она используется, расскажем в нашей статье.

Прежде всего, необходимо понять, зачем необходимо определение твердости камня или металла. Если речь идет о покупателе, то твердость является показателем долговечности и – как следствие – стоимости изделия. Речь может идти как о памятнике из натурального камня, так и, например, о драгоценностях или украшениях. Самый простой пример, известный практически каждому – это способность алмаза царапать стекло. Отсюда берет свое начало самый популярный способ определения подлинности камня.

Но вернемся к изготовлению памятников. Твердость камня исключительно важна для мастера-камнереза, поскольку она определяет целый ряд моментов:

  • трудозатраты и время на обработку заготовки;
  • инструмент, необходимый для работы;
  • применяемые методики камнеобработки;
  • возможность реализовать тот или иной художественный замысел.

Как видим, твердость камней по шкале Мооса имеет широкий спектр применения в коммерческой и промышленной камнеобработке, а ее ценность для специалиста сложно переоценить.

Теперь перенесемся на два столетия назад к истории возникновения шкалы Мооса и ее создателю.

Карл Фридрих Кристиан Моос (Carl Friedrich Christian Mohs) родился 29 января 1773 года в немецком городе Гернроде. История практически не сохранила фактов о его детских и юношеских годах. Известно лишь что Моос посещал Галле-Виттенбергский университет, где изучал химию, физику и математику. После окончания университета и вплоть до 1801 года Моос работал в простой шахте, дослужившись до должности штейгера (шахтного мастера).

В 1802 году Моос переезжает в Австрию. Первой его работой стала систематизация частной коллекции минералов. В 1812 году он обосновывается в австрийском городе Грац, где под руководством эрцгерцога Иоганна Австрийского работает над созданием местного музея и научной академии (впоследствии известной как Грацский технический университет).

Карл Фридрих Христиан Моос - создатель шкалы измерения твердости

Наиболее известным научным достижением Фридриха Мооса стала разработка им шкалы механической твердости минералов. В свое время это было оригинальным решением, поскольку ученые и инженеры ранжировали минералы по их химическому составу, не прибегая к механическому воздействию.

Моос выбрал наиболее практичный и простой способ, предложив шкалу из 10 позиций. Десятую занял самый прочный (в свое время) минерал алмаз, на первой расположился наиболее мягкий тальк. Между ними ученый расположил еще восемь эталонных минералов, которые обозначили промежуточные позиции. В результате получилась следующая таблица:

Относительная твердость Название минерала Химическая формула Аналоги
1 Тальк Mg3Si4O10(OH)2 Графит
2 Гипс CaSO4·2h3O Слюда
3 Кальцит (известковый шпат) CaCO3 Золото, серебро
4 Флюорит (плавиковый шпат) CaF2 Доломит
5 Апатит Ca5(PO4)3(OH-,Cl-,F-) Гематит, лазурит
6 Ортоклаз (калиевый полевой шпат) KAlSi3O8 Опал
7 Кварц (диоксид кремния) SiO2 Гранат, турмалин
8 Топаз Al2SiO4(OH-,F-)2 Аквамарин, изумруд
9 Корунд Al2O3 Сапфир, рубин
10 Алмаз (углерод) C Эльбор

Достаточно странно видеть «по обе стороны» шкалы фактически один и тот же элемент – углерод в виде графита и алмаза. Впрочем, из школьного курса химии можно вспомнить, что алмаз обладает исключительной твердостью лишь благодаря своей сверхплотной кристаллической решетке.

В настоящее время по твердости с алмазом могут конкурировать лишь две его модификации – фуллерит и лонсдейлит, превосходящие его по этому параметру на 58% и 110% соответственно.

Для того, чтобы облегчить проведение замеров в полевых условиях, приведем показатели твердости для предметов, которые гарантированно можно найти в любом кармане:

Относительная твердость Название
2.5 Человеческий ноготь
3.5 Медная монета
5.5 Стекло
6 Лезвие ножа
6.5 Напильник

Как видно из таблицы, закаленная сталь, из которой изготавливают напильники, заметно тверже стекла, но уступает кварцу, имеющему твердость драгоценного камня. Благодаря этому свойству, ювелиры и огранщики долгое время использовали простой напильник или надфиль для определения стеклянных подделок, пока их не сменил гораздо более технологичный рефрактометр.

Теперь приведем показатели твердости для материалов, используемых при изготовлении памятников:

Относительная твердость Камень
3.5 Мрамор
6.5 Гранит

Как видим, мрамор – при всей его эстетичности – весьма и весьма мягок и подвержен эррозии и другим внешним воздействиям. Поэтому, в отличие от гранита, мрамор должен проходить специальную обработку перед установкой памятника на кладбище.

Наконец, укажем твердость металлов, из которых изготавливаются декоративные аксессуары и фурнитура для памятников:

Относительная твердость Металл
3 Бронза
3 Медь
4 Латунь

Данная таблица наглядно демонстрирует причину, по которой изготовители итальянской бронзы на памятники практически полностью перешли на использование латуни – несмотря на ее недостаточно насыщенный, белесый цвет.

В заключение необходимо заметить, что все вышесказанное верно только применительно к веществам в чистом виде. Об этом необходимо знать и помнить, поскольку в наше время производители часто добавляют к металлам примеси для повышения их твердости и прочности. Так, например, в золото (индикатор MOHS 3) часто добавляют никель (значение MOHS 4) – чтобы улучшить показатели прочности готового изделия.

Несмотря на то, что до настоящего времени шкала определения твердости Мооса не потеряла свой актуальности, особенно при проведении полевых измерений, с середины прошлого века геологи и минерологи перешли на склерометры, использующие инденторы – специальные элементы, представляющие собой шарики, конусы или пирамиды, изготовленные из закаленной стали, высокопрочного сплава или алмаза. Но даже значительно превосходя изобретение двухсотлетней давности по точности измерений, современные склерометры не могут даже приблизиться к диапазону значений шкалы Мооса.

funeral.by

Физико-механические свойства материалов

ТвердостьЭталонныйТвердостьЭталонный
1 Тальк 6 Ортоклаз
2 Гипс 7 Кварц
3 Кальцит 8 Топаз
4 Флюорит 9 Корунд
5 Апатит 10 Алмаз
МатериалТвердостьМатериалТвердость
Агат 6–7 Графит 0,5–1
Алунд 9 Галена 2,5
Андалузит 7,5 Галий 1,5
Антрацит 2,2 Магнезия 2
Апатит 5 Марганец 5
Арагонит 3,5 Магнетит 6
Асбест 5 Мрамор 4–5
Алмаз 10 Морская пенка 2–3
Барит 3,5 Гранит 6,5-7
Бериллий 7,8 Доломит 3,5–4
Борная кислота 3 Железняк красный 6
Бор 9,5 Золото 2,5–3
Бронза фосфористая 4 Известняк 3
Воск 0,2 Индий 1,2
Висмут 2,5 Иридий 6–6,5
Гипс 1,6–2 Кварц 7
Каолин 2–2,5 Палладий 4,8
Каменная галька 7 Платина 4,3
Кадмий 2 Поташ 0,5
Каламит 5 Роговая обманка 5,5
Кальций 1,5 Рубидий 0,3
Карборунд 9–10 Рутений 6,5
Каменная соль 2 Сурьма 3–3,3
Латунь 3–4 Сталь 5–8,5
Литий 0,6 Слюда 2,8
Мышьяк 3,5 Селен 2
Медь 2,5–3 Серпантин 3,4
Стекло 4,5–6,5 Силикон 7
Стронций 1,8 Серебро 2,5–7
Свинец 1,5 Тальк 1
Сера 1,5–2,5 Теллур 2,3
Сода 0,4 Топаз 8
Наждак 7–9 Флюорит 4
Нитрофоска 3 Фосфор 0,5
Олово 1,5–1,8 Хром 9
Опал 4–6 Хлористое серебро 1,3
Осмий 7 Цезий 0,2
Пемза 6 Цинк 2,5
Пирит 6,3 Янтарь 2–2,5
Полевой шпат (ортоклаз) 6    
МатериалПредел прочности 10-5 Н/м²Модуль упругости 10-5 Н/м²
Апатит 800–1500 3
Базальт 2500–5000
Базальтовая лава 300–1500
Гранит выборгский 1200 3×105
Гранит уральский 1450
Гранит очень твердый 3500 3×105
Гранит мягкий 500
Диабаз 1800–2400
Известняк 250–1900
Кварц 1200–1500
Мрамор 500–2500
Нитрофоска 300–900
Сланец кровельный 1000–2500 6×104–24×104
Уголь каменный 20–290 7×103–60×104
Материал Насыпная плотность, кг/м³ Материал Насыпная плотность, кг/м³
Антрацит 800–950 Песок мелкий влажный 1900–2050
Барит 2900 Песок крупный 1400–1900
Боксит дробленый 1300–1950 Полевой шпат в кусках 2650
Гипс дробленый 450–1600 Полевой шпат в порошке 1200
Гравий 1500–1900 Руда разная 1700–3500
Глина 1800–2000 Соль крупная 780–900
Глина сухая в кусках 1000 Соль мелкая сухая 1000–1300
Зола сухая 400–600 Соль влажная 1200–2200
Зола влажная 700 Стекло битое 1300–1950
Земля сухая 1200 Сера 2000
Земля сырая 1700 Сода 670
Известь негашеная 1700–1800 Сода кальцинированная 500–1100
Известь гашеная в порошке 500 Торф воздушно-сухой 330–410
Известняковый и бутовый камень 1600–2000 Торф влажный 550–650
Кокс газовый 360–470 Уголь древесный твердых пород 190–250
Кокс рудничный 380–530 Уголь древесный мягких пород 130–170
Кварц дробленый 1450–1600 Уголь бурый воздушно-сухой 650–780
Мел 2500 Фосфат 1000–1600
Мергель 1100–1300 Цинковая обманка 2800
Нитрофоска гранулированная 1100–1300 Щебень сухой 1800
Песок мелкий сухой 1400–1650 Щебень сырой 2000
МатериалУдельная плотность, кг/м³МатериалУдельная плотность, кг/м³
Агат 2500–2700 Морская пенка 990–1280
Асбест 2000–2760 Нитрофоска гранулированная 2000–2200
Алмаз 3010–3520 Опал 2200
Базальт 2400–3100 Песчаник 2140–2360
Берил 2690–2700 Парафин 870–910
Воск 960–970 Пробка 220–260
Галена (свинцовый блеск) 7300–7600 Пек 1070
Глина 1800–2600 Порфир 2600–2900
Галька кремневая 2630 Пирит 4950–5100
Гранат 3150–4300 Полевой шпат 2740–2760
Гранит 2640–2760 Плавиковый шпат (флюорит) 3140
Графит 2300–2720 Роговая обманка 3000
Гипс 2690–2780 Стекло обыкновенное 2400–2800
Доломит 2840 Стекло кремниевое 2900–5900
Железняк красный 4900–5300 Слюда 2600–3200
Известь гашеная 1300–1400 Серпантин 2500–2650
Известняк 2680–2760 Сланец 2600–3300
Кремнии плавленый 2070 Торф прессованный 840
Кремний плавленый прозрачный 2210 Тальк 2700–2800
Каменная соль 2180 Топаз 3500–3600
Кость 1700–2000 Уголь дубовый 570
Каучук 920–990 Уголь сосновый 280–260
Киноварь 8120 Уголь каменный (антрацит) 1400–1800
Корунд 3900 – 4000 Фарфор 2300–2500
Кварц 2650 Цинковая руда (каламин) 4100–4500
Магнетит 4900–5200 Целлюлоза 1400
Малахит 3700–4100 Шлак 2000–3900
Мрамор 2600–2840 Эбонит 1150

www.npp-stc.ru

Твёрдость по шкале Мооса и её значения для камня и керамогранита

Шкала Мооса представляет собой 10-бальную шкалу, каждому баллу в этой шкале соответствует определённый эталонный материал.

Самый «мягкий» в этой шкале – тальк, самый «твёрдый» - алмаз. Более твёрдый материал легко царапает более мягкий. Чтобы определить твёрдость материала по шкале Мооса, по нему надо с нажимом провести любым эталонным материалом. Если останется царапина или след, то материал мягче эталона, если не останется – твёрже. Чтобы представить себе твёрдость и мягкость наглядно, смотрите таблицу.

А теперь поговорим о том, как шкала Мооса помогает правильно выбрать материал и начнём с керамогранита.

Твёрдость керамического гранита стартует от 5 единиц по шкале Мооса и выше. Главный «вредитель» плитки на полах – песок, его твёрдость равна 7 единицам. То есть песок, если его сразу не убирать, может поцарапать и сделать некрасивым поверхность плитки с твёрдостью меньше 7 единиц. Вывод: если плитка будет лежать в прихожей или в помещении, где ходят много и в обуви, обязательно выбирайте керамогранит с твёрдостью 7 и более единиц.

Что касается гранита, то его твёрдость зависит от породы и бывает от 6 до 7 единиц по шкале Мооса, то есть его можно использовать на полах в прихожих. Но чтобы полы максимально долго сохраняли привлекательный вид, нужно регулярно убирать уличную грязь и песок. Благодаря высокой твёрдости гранит практически невозможно поцарапать ножом, поэтому это идеальный материал для столешницы в кухню.

Твёрдость мрамора также зависит от породы и колеблется от 3 до 4 единиц. Это значит, что мрамор легко поцарапать ножом и его лучше не использовать для столешниц на кухне (но в ванной он великолепен). Мрамор можно класть на пол, но только в помещениях без «уличных абразивов»: песка и грязи.

www.ceram-kioto.ru

Твёрдость минералов

 

Твердость минерала – это способность его противостоять механическому воздействию – царапанию острым инструментом или другим минералом. Твердость определяется различными способами: царапанием, вдавливанием, шлифованием и др. Существуют две шкалы твердости – относительная (по Моосу) и абсолютная.

Для практических целей пользуются эмпирической шкалой твердости, предложенной в начале XIX в. австрийским минералогом Моосом. В 1811 году немецкий минералог Фридрих Моос (1773-1839) выбрал 10 минералов, приняв их за эталонные, и устроил им «экзамен», царапая друг о друга. Более твердые минералы, рассуждал Моос, должны царапать своих противников, а более мягкие царапаться ими.

Определение твердости по шкале Мооса заключается в том, что минерал с неизвестной твердостью сравнивается с минералами-эталонами.Это свойство определяется следующим образом. На поверхности исследуемого минерала выбирают гладкую площадку и, взяв минерал из шкалы Мооса, проводят им по ней под острым углом с нажимом. Если на поверхности исследуемого образца остается царапина, то его твердость меньше, чем у эталонного минерала. Необходимо убедиться в том, что на исследуемом образце остается именно царапина (углубление), а не порошок эталонного образца. Используя последовательно эталонные минералы от самого мягкого до наиболее твердого, добиваются такого положения, когда испытуемый образец располагается по своей твердости между двумя эталонными или испытуемый образец царапается эталонным и сам царапает его. В первом случае твердость испытуемого образца оценивается средней величиной, во втором – равна твердости эталонного.

В природе нередки минералы с твердостью, промежуточной между эталонными данными. В связи с этим возникла необходимость как-то обозначать подобные промежуточные значения твердости и их стали называть половинами. Например, твердость циркона называется семь с половиной и означает лишь то, что твердость промежуточная между семью и восемью. Цифровая форма записи в виде простых дробей (7½, 6½) или десятичных (7,5, 6,5) может ввести в заблуждение несведущего человека и позволит ему предполагать, что возможна твердость, например, 7⅓ или 7,75, чего на деле зафиксировать не удается.

Таблица. Список камней в порядке возрастания их твердости.

Твердость

Минерал

Твердость

Минерал

1

Тальк

5

Апатит, бейльдонит, бериллонит, диоптаз, сингалит, смитсонит, тектиты

1 – 1,5

Пирофиллит

5 – 5,5

Гердерит, гётит, датолит, эвдиалит

1 – 2

Агальматолит

5,5

Анатаз, волластонит, гиперстен, лазурит

1,5 – 2

Вивианит

5 – 6

Авгит, гаюнин, нефелин, обсидиан

2

Гипс

5,5 – 6

Актинолит (нефрит), аугелит, бразилианит, гематит, дерево окаменелое, диопсид, родусит,тефроит, энстатит

2 – 3

Агальматолит, брусит

5,5 – 6,5

Бирюза, виллемит, лазулит, опал, родонит, скаполит

2 – 2,5

Янтарь

6 – 6,5

Амблигонит, бустамит, лабрадор (и лабрадорит), микроклин (амазонит), рибекит (крокодолит), рутил

2,5 – 3

Серпентинит

6 – 7

Авантюрин, бенитоит, кремень, чароит

2,5 – 3,5

Гагат, серпентин

6,5 – 7

Агат, аксинит, андрадит, бадделеит, везувиан, жадеит, клиногумит,корнерупин, пренит,сподумен (кунцит, гидденит), халцедон, яшмы

2 – 4

Хризоколла

6,5 – 7,5

Оливин (хризолит)

3

Вульфенит, кальцит, сепиолит

7

Дюмортьерит, кварц (аметист, морион, цитрин и др.), кианит (вдоль удлинения кристаллов), согдианит

3 – 3,5

Андрадит, оникс мраморный

7 – 7,5

Альмандин,андалузит, гроссуляр, данбурит, кордиерит, пироп, спессартин, турмалин

3,5

Аллофан

7 – 8

Берилл, еремеевит

3 – 4

Лиственит, мрамор

7,5

Гамбергит, гроссулярит, силлиманит (фибролит), ставролит, фенактит, циркон, эвклаз

3,5 – 4

Азурит,арагонит, малахит, скородит

7,5 – 8

Уваровит

4

Флюорит

8

Топаз, таафеит

4 – 5

Родохрозит

8 – 8,5

Гранатит, фианиты

4,5

Кианит (поперек удлинения кристаллов)

8,5

Хризоберилл, шпинель

4,5 – 5

Апофиллит

9

Корунд (рубин, сапфир)

4,5 – 5,5

Варисцит, псевдомалахит

10

Алмаз

Твердость минералов зависит от характера сил сцепления между частицами вещества, что определяется формой кристаллической решетки, т.е. взаимным расположением частиц. Когда энергетическая связь между частицами сильнее, тогда и твердость выше. Кристаллические вещества, у которых строение отличается в различных направлениях, имеют и разную твердость в этих направлениях.

Очень большая разница наблюдается у минерала дистена (кианита) – вдоль призмы - 4,5, а поперек - 6. это свойство называют анизотропией твердости.

При отсутствии шкалы Мооса твердость минералов можно определить и другими способами. Так, у графита мягкого карандаша твердость около 1. минералы с такой твердостью пишут на бумаге, не оставляя на ней царапины. Минералы с твердостью до 2 царапаются ногтем. Железный гвоздь, проволока имеют твердость 4, медная монета 3-4, стекло 5, стальной нож, игла – 6. кварц, имеющий твердость 7, широко встречается в природе. Минералы с твердостью 3, 4, 5 могут различаться и с использованием только ножа. В первом случае они легко чертятся острым кончиком ножа, во втором – для этого необходимо приложить определенное усилие, а в третьем – значительное. Минералы с твердостью большей, чем у кварца (выше 7), встречаются относительно редко. Это группа гранатов, топаз, берилл, турмалин, корунд, алмаз. Последние два минерала – единственные с твердостью соответственно 9 и 10.

Чтобы определить твердость минерала, представляющего собой порошкообразный или землистый агрегат, необходимо потереть этим порошком эталонный образец, если последний покроется царапинами, то твердость эталона меньше, чем исследуемого образца.

Важно подчеркнуть, что единицы твердости по шкале Мооса относительны.

Абсолютная твердость определяется при помощи твердометров (склерометров) путем вдавливания под нагрузкой Р (в кг) алмазной пирамидки квадратного сечения на ровную горизонтальную поверхность испытуемого минерала. С помощью вмонтированного в твердометр микроскопа определяют площадь d (в мм2) отпечатка от вдавливания пирамидки. Расчет твердости производится по формуле:

 H=2∙sin α/2∙ρ/d2 кг/мм2

Здесь α=1360 соответствует углу между гранями пирамиды.

Таблица. Эталонные шкалы твердости минералов

Относительная твердость (по шкале Мооса)

Минералы- эталоны твердости

Абсолютная твердость в кг/мм2 (по М.М.Хрущеву)

1

Тальк Mg3 [Si4O10] (OH)

2.4

2

Гипс Ca [SO4] ∙2h3O

36

3

Кальцит Ca [СO3]

109

4

Флюорит CaF2

189

5

Апатит Ca5 [PO4]3∙(F,Cl)

536

6

Ортоклаз K [AlSi3O8]

795

7

Кварц SiO2

1120

8

Топаз Al2 [SiO4]∙(F,OH)2

1427

9

Корунд Al2O3

2060

10

Алмаз С

10060

 Сравнивая величины относительной твердости, например алмаза и гипса, можно сделать вывод, что алмаз всего в 5 раз тверже гипса, но это не так. Из шкалы абсолютной твердости тех же минералов следует, что алмаз тверже гипса в 280 раз.



biofile.ru


Смотрите также