Härte von Zucker auf der relativen Mohs-Skala. Was ist die Mohs-Härteskala?

Wir wissen, dass verschiedene Mineralien unterschiedliche Härtegrade haben. Doch wie lässt sich das quantifizieren? Um eine Art Maßstab zu schaffen, haben wir uns den folgenden Ansatz ausgedacht. Es war bekannt, dass einige Mineralien andere zerkratzen können.

Zwar gibt es auch diejenigen, von denen keine Spur zurückbleibt. Wir haben uns entschieden, diesen Effekt als Grundlage für die Erstellung einer solchen Skala zu nutzen. Es wurden verschiedene Sorten ausgewählt, deren Stärke nach und nach zunahm.

Das Ergebnis war eine bestimmte Serie von Standardsteinen. Darüber hinaus konnte jede Probe auf den Steinen, die weicher waren, einen Kratzer hinterlassen, auf den härteren jedoch nicht.

Eine Skala zur Messung der Härte von Mineralien wurde bereits 1811 vom deutschen Wissenschaftler Friedrich Mohs vorgeschlagen.

Um was für eine Skala handelt es sich, welche Informationen enthält sie?

Der Wert auf dieser Skala kann zwischen eins und zehn liegen. Je höher die entsprechende Zahl, desto härter ist der Stein.

Um die Eigenschaften eines bestimmten Materials zu bestimmen, versuchen sie, es mit allen Standardsteinen zu zerkratzen. Wenn benachbarte Steine ​​gefunden werden, von denen einer die Probe zerkratzt und der andere nicht, wird davon ausgegangen, dass seine Härte zwischen den Eigenschaften dieser Referenzmineralien liegt.

Der weichste Stein hier ist Talk und der härteste Diamant. Die Mohs-Skala ist nicht die einzige; in Wissenschaft und Industrie werden auch mehrere andere Optionen verwendet.

Obwohl diese Skala schon vor langer Zeit vorgeschlagen wurde, wird sie in unserer Zeit aktiv genutzt. Einer seiner wichtigen Vorteile besteht darin, dass seine Verwendung recht einfach ist. Hierzu benötigen Sie lediglich die notwendigen Referenzmuster.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Informationen, die wir aus solchen Messungen erhalten, bei weitem nicht vollständig sind. Die Messung liefert keine Absolutwerte und kann nicht zur Bestimmung von Härteverhältnissen herangezogen werden.

Wir können daher nicht sagen, wie oft ein Stein weicher oder härter ist als ein anderer. Wir können auch nicht den absoluten Wert dieser Eigenschaft des betrachteten Materials angeben. Vergessen wir auch nicht, dass einige Mineralien unterschiedliche Stärken haben, wenn sie in verschiedene Richtungen gekratzt werden.

Es ist auch wichtig zu beachten, dass Sie in Ermangelung von Referenzmaterialien gewöhnliche Objekte verwenden können, bei denen ungefähr bekannt ist, welchen Platz sie auf dieser Skala einnehmen. Nehmen wir zum Beispiel eine gewöhnliche Münze, deren Härte in verschiedenen Ländern unterschiedlich sein kann, aber ein Cent in den USA entspricht nach dieser Regel etwa drei. Und gewöhnliches Glas hat eine Stärke von etwas mehr als fünf.

Skalenstandards

Lassen Sie uns über Standards zur Bestimmung der Härte nach diesem Prinzip sprechen. Es gibt nur zehn davon. Schauen wir sie uns vom weichsten zum härtesten an.

Dieses Material ist so weich, dass man es mit dem Fingernagel zerkratzen kann. Graphit hat einen ähnlichen Härtegrad. Hinsichtlich seiner Stärke zeichnet es sich durch eins aus. Dieses Material ist im Alltag bekannt. Dies wird üblicherweise als Babypuder verwendet. Es wird auch häufig zum Pulverisieren von Gummiprodukten verwendet. Dadurch wird verhindert, dass sie aneinander kleben.

Dies ist der nächste Schritt in der betrachteten Skala. Gips ist bereits härter als Talk und hat einen Härtegrad von 2. Gleichzeitig lässt er sich auch leicht mit dem Fingernagel zerkratzen. Wie wir wissen, hat dieses Mineral eine besondere Eigenschaft.

Wenn man es zu einem pulverförmigen Zustand aufweicht und es dann mit Wasser vermischt, erhalten wir die Form, die wir brauchen. Interessanterweise kann dieses Material nicht nur weiß sein. Bekannt ist beispielsweise natürlicher gelber Gips.

Dies ist der dritte Stein auf unserer Liste. Sein Merkmal ist 3. Es wird nicht mehr möglich sein, es mit dem Fingernagel zu zerkratzen, wohl aber mit einer Kupfermünze. Gold und Silber haben den gleichen Härtegrad. Es wird auch Biomineral genannt. Das ist das Material, aus dem die Schalen bestehen.

Dieses Material wird auch Flussspat genannt. Ins Russische übersetzt klingt es wie „flüssig“. Es ist nicht mehr möglich, es mit dem Fingernagel oder einer Kupfermünze zu zerkratzen. Dies ist aber durchaus mit Fensterglas oder einem gewöhnlichen Messer möglich.

In unserem Fall entspricht die Härte dieses Materials 4. Von der Härte her entspricht dies einem so alten Baumaterial wie Dolomit. Fluorit wird in der Metallurgie verwendet, um die beim Schmelzen entstehende Schlacke schmelzbar zu machen.

In der Antike war Fluorit ein weit verbreitetes Material für Kunsthandwerk. Aus diesem Mineral wurden beispielsweise wunderschöne Vasen hergestellt. Mittlerweile wird es auch in der Industrie eingesetzt. Sie stellen zum Beispiel Linsen her.

Stellt den nächsten Schritt auf dieser Skala dar (5). Es kann immer noch durch Glas oder ein Messer zerkratzt werden. Lapislazuli hat eine ähnliche Eigenschaft. Dieses Mineral wird zur Gewinnung von Phosphor oder Phosphorsäure verwendet. Aus diesem Mineral werden auch Phosphordünger hergestellt.

Als nächstes steht auf unserer Liste ein Mineral mit einem etwas ungewöhnlichen Namen: Orthoklas. Mit Glas kann man es nicht zerkratzen. Mithilfe einer Datei ist dies jedoch möglich. Opal hat eine ähnliche Stärke.

Auf der Mohs-Skala liegt sein Level bei 6. In der Industrie wird es zur Herstellung von Elektrokeramik und Porzellan verwendet. Opal kann nicht als Standard verwendet werden. Dies liegt daran, dass es viele Sorten mit sehr unterschiedlichen Festigkeitseigenschaften gibt.

Entspricht 7. Dies ist das häufigste Mineral auf unserem Planeten. Insbesondere gewöhnlicher Sand besteht aus Quarz. Es kann ihn aber auch in anderen Formen geben: Bergkristall, Achat, Amethyst und viele andere. Glas wird aus gewöhnlichem Quarz hergestellt.

Härter als zuvor diskutierte Mineralien. Ein Wert von 8 weist darauf hin, dass die Verarbeitung recht schwierig ist. Typischerweise werden hierfür Diamanten verwendet. Die ersten Entdeckungen dieses Minerals wurden im Roten Meer auf der Insel Topazios gemacht. Daher kommt auch sein Name.

Einerseits ist Korund im betrachteten Maßstab fast so hart wie Diamant. Mit anderen Methoden hingegen wurde die Kraft auf einer absoluten Skala gemessen. Es stellte sich heraus, dass Diamant 90-180-mal härter ist als Korund.

Die Unsicherheit in der angegebenen Zahl ist darauf zurückzuführen, dass unterschiedliche Messmethoden inkonsistente Ergebnisse lieferten. Korund hat auf der betrachteten Skala eine Härte von 9. Auch Rubin und Saphir zählen zu Korund. Da dieses Material ziemlich hart ist, wird es häufig als Schleifmittel verwendet.

Es weist den maximalen Härtegrad auf. Dies bedeutet zunächst einmal, dass es kaum möglich ist, es mit einem anderen Mineral zu zerkratzen. Die Härte beträgt 10 und dieses Mineral wird bei der Verarbeitung weicherer Materialien verwendet.

Dabei handelt es sich insbesondere um Quarz, Topas oder Korund. Interessanterweise wurde dieser Stein einst mit Talkumpuder verglichen. Nach Messungen stellte sich heraus, dass Diamant 1600-mal härter ist als Diamant.

Mittlere Härtegrade

Sie werden normalerweise als Dezimalbrüche bezeichnet. Dieser Wert wird visuell anhand der Tiefe der entsprechenden Kratzer ermittelt. Beispielsweise beträgt die Härte von Chrysoberyll 8,5. Dies liegt daran, dass dieses Material Topas genauso stark zerkratzen kann wie Korund.

So bestimmen Sie die Härte von Mineralien, die nicht in der Skala enthalten sind

Dazu müssen Sie versuchen, das untersuchte Mineral anhand von Referenzproben anzukratzen. Es wird möglich sein zu sehen, wie dies möglich ist und was nicht.

Anschließend können Sie versuchen, das Mineral mit der geringsten Härte der Referenzmineralien zu kratzen und dann prüfen, wie das betreffende Mineral das weichere kratzt. Durch diese Berücksichtigung ist es möglich, die Eigenschaften des betreffenden Minerals auf der Mohs-Skala zu bestimmen.

Bestimmung der Härte auf einer Skala mit improvisierten Mitteln

Dazu können Sie beispielsweise die folgende Skala verwenden:

• Bleistiftmine ist
• Speisesalz hat einen Härtegrad von 2.
• Eine Kupfermünze hat einen Wert von 2,5 oder 3 auf der Mohs-Skala.
• 4 – das ist am Eisennagel.
• Glas hat eine Härte von 5.
• Ein Stahlmesser ist 6.
• Die Feile zeichnet sich durch eine Stärke von 7 aus.

Obwohl die Hauptmerkmale von Mineralien (chemische Zusammensetzung und innere Kristallstruktur) auf dieser Grundlage festgelegt sind chemische Analysen und Röntgenbeugungsmethode spiegeln sie sich indirekt in Eigenschaften wider, die leicht beobachtet oder gemessen werden können. Um die meisten Mineralien zu diagnostizieren, reicht es aus, ihren Glanz, ihre Farbe, ihre Spaltung, ihre Härte und ihre Dichte zu bestimmen.

Scheinen- qualitative Eigenschaft des von einem Mineral reflektierten Lichts. Einige undurchsichtige Mineralien reflektieren das Licht stark und haben einen metallischen Glanz. Dies kommt häufig bei Erzmineralien wie Bleiglanz (Bleimineral), Chalkopyrit und Bornit (Kupfermineralien), Argentit und Akanthit (Silbermineralien) vor. Die meisten Mineralien absorbieren oder lassen einen erheblichen Teil des auf sie fallenden Lichts durch und haben einen nichtmetallischen Glanz. Einige Mineralien haben einen Glanz, der von metallisch in nichtmetallisch übergeht, was als halbmetallisch bezeichnet wird.

Mineralien mit nichtmetallischem Glanz sind meist hell, einige davon sind transparent. Quarz, Gips und heller Glimmer sind oft transparent. Andere Mineralien (zum Beispiel milchig-weißer Quarz), die Licht durchlassen, durch die Objekte aber nicht klar unterschieden werden können, werden als durchscheinend bezeichnet. Metallhaltige Mineralien unterscheiden sich von anderen in der Lichtdurchlässigkeit. Wenn Licht durch ein Mineral dringt, zumindest in den dünnsten Kanten der Körner, dann ist es in der Regel nichtmetallisch; Wenn das Licht nicht durchdringt, dann ist es Erz. Es gibt jedoch Ausnahmen: Beispielsweise sind helle Sphalerite (Zinkmineral) oder Zinnober (Quecksilbermineral) häufig transparent oder durchscheinend. Mineralien unterscheiden sich in den qualitativen Merkmalen ihres nichtmetallischen Glanzes.
Der Ton hat einen matten, erdigen Glanz. Quarz an den Rändern von Kristallen oder auf Bruchflächen ist glasig, Talk, der entlang der Spaltungsebenen in dünne Blättchen geteilt ist, ist Perlmutt. Hell, funkelnd, wie ein Diamant, Glanz wird Diamant genannt. Wenn Licht auf ein Mineral mit nichtmetallischem Glanz fällt, wird es teilweise von der Oberfläche des Minerals reflektiert und teilweise an dieser Grenze gebrochen. Jeder Stoff zeichnet sich durch einen bestimmten Brechungsindex aus. Da es mit hoher Präzision gemessen werden kann, ist es eine sehr nützliche Mineraldiagnosefunktion. Die Art des Glanzes hängt vom Brechungsindex ab, und beide hängen davon ab chemische Zusammensetzung und Kristallstruktur des Minerals. Im Allgemeinen transparente Mineralien, die Atome enthalten Schwermetalle, zeichnen sich durch hohen Glanz und hohen Brechungsindex aus. Zu dieser Gruppe gehören häufig vorkommende Mineralien wie Anglesit (Bleisulfat), Kassiterit (Zinnoxid) und Titanit oder Sphen (Kalziumtitansilikat).

Mineralien, die aus relativ leichten Elementen bestehen, können auch einen hohen Glanz und einen hohen Brechungsindex aufweisen, wenn ihre Atome dicht gepackt sind und durch starke chemische Bindungen zusammengehalten werden. Ein markantes Beispiel ist Diamant, der nur aus einem leichten Element, Kohlenstoff, besteht. In geringerem Maße gilt dies auch für das Mineral Korund (Al2O3), dessen transparente Farbvarianten – Rubin und Saphire – sind Edelsteine. Obwohl Korund aus leichten Aluminium- und Sauerstoffatomen besteht, sind diese so fest miteinander verbunden, dass das Mineral einen ziemlich starken Glanz und einen relativ hohen Brechungsindex aufweist. Einige Glanzgrade (ölig, wachsartig, matt, seidig usw.) hängen vom Zustand der Oberfläche des Minerals oder von der Struktur des Mineralaggregats ab; Ein harziger Glanz ist charakteristisch für viele amorphe Substanzen (einschließlich Mineralien, die die radioaktiven Elemente Uran oder Thorium enthalten).

Farbe- ein einfaches und praktisches Diagnosezeichen. Beispiele hierfür sind messinggelber Pyrit (FeS2), bleigrauer Bleiglanz (PbS) und silberweißer Arsenopyrit (FeAsS2). Bei anderen Erzmineralien mit metallischem oder halbmetallischem Glanz kann die charakteristische Farbe durch das Lichtspiel in einem dünnen Oberflächenfilm (Anlauffarben) verdeckt werden. Dies ist bei den meisten Kupfermineralien üblich, insbesondere bei Bornit, das wegen seiner schillernden blaugrünen Anfärbung, die sich beim frischen Bruch schnell entwickelt, „Pfauenerz“ genannt wird. Andere Kupfermineralien sind jedoch in bekannten Farben bemalt: Malachit – grün, Azurit – blau.
Einige nichtmetallische Mineralien sind unverkennbar an der Farbe erkennbar, die durch das chemische Hauptelement bestimmt wird (Gelb – Schwefel und Schwarz – Dunkelgrau – Graphit usw.).
Viele nichtmetallische Mineralien bestehen aus Elementen, die ihnen keine bestimmte Farbe verleihen. Es ist jedoch bekannt, dass es farbige Varianten gibt, deren Farbe auf das Vorhandensein von Verunreinigungen zurückzuführen ist chemische Elemente in geringen Mengen, nicht vergleichbar mit der Intensität der Farbe, die sie verursachen. Solche Elemente werden Chromophore genannt; Ihre Ionen zeichnen sich durch selektive Lichtabsorption aus. Beispielsweise verdankt ein tiefvioletter Amethyst seine Farbe einer unbedeutenden Beimischung von Eisen im Quarz und einer dicken grüne Farbe Smaragd wird mit dem geringen Chromgehalt von Beryll in Verbindung gebracht.
Farben in normalerweise farblosen Mineralien können durch Defekte in der Kristallstruktur (verursacht durch unbesetzte Atomplätze im Gitter oder den Einbau von Fremdionen) entstehen, die zu einer selektiven Absorption bestimmter Wellenlängen im weißen Lichtspektrum führen können. Anschließend werden die Mineralien in weiteren Farben bemalt. Genau diesen Lichteffekten verdanken Rubine, Saphire und Alexandrite ihre Farbe.
Farblose Mineralien können durch mechanische Einschlüsse gefärbt werden. So verleiht die dünne, verstreute Verbreitung von Hämatit dem Quarz eine rote Farbe, dem Chlorit eine grüne Farbe. Milchiger Quarz ist mit Gas-Flüssigkeitseinschlüssen getrübt. Obwohl die Mineralfarbe eine der am einfachsten zu bestimmenden Eigenschaften in der Mineraldiagnostik ist, muss sie mit Vorsicht verwendet werden, da sie von vielen Faktoren abhängt.
Trotz der Variabilität der Farbe vieler Mineralien ist die Farbe des Mineralpulvers sehr konstant und daher ein wichtiges diagnostisches Merkmal. Typischerweise wird die Farbe eines Mineralpulvers durch die Linie (die sogenannte „Linienfarbe“) bestimmt, die das Mineral hinterlässt, wenn es über eine unglasierte Porzellanplatte (Keks) geführt wird. Beispielsweise gibt es das Mineral Fluorit in verschiedenen Farben, sein Streifen ist jedoch immer weiß.

Dekollete. Eine charakteristische Eigenschaft von Mineralien ist ihr Spaltungsverhalten. Beispielsweise weisen Quarz und Turmalin, deren Bruchfläche einem Glassplitter ähnelt, einen Muschelbruch auf. Bei anderen Mineralien kann der Bruch als rau, gezackt oder gesplittert beschrieben werden. Bei vielen Mineralien ist das Merkmal nicht Bruch, sondern Spaltung. Das bedeutet, dass sie sich entlang glatter Ebenen spalten, die in direktem Zusammenhang mit ihrer Kristallstruktur stehen. Die Bindungskräfte zwischen den Ebenen des Kristallgitters können je nach kristallographischer Richtung variieren. Wenn sie in manchen Richtungen viel größer sind als in anderen, spaltet sich das Mineral an der schwächsten Bindung. Da die Spaltung immer parallel zu den Atomebenen erfolgt, kann sie durch Angabe der kristallographischen Richtungen bestimmt werden. Beispielsweise weist Halit (NaCl) eine Würfelspaltung auf, d. h. drei zueinander senkrechte Richtungen möglicher Spaltung.
Das Dekolleté zeichnet sich auch durch die Leichtigkeit seiner Manifestation und die Qualität der resultierenden Dekolletéoberfläche aus. Glimmer hat eine sehr perfekte Spaltung in eine Richtung, das heißt, es spaltet sich leicht in sehr dünne Blätter mit einer glatten, glänzenden Oberfläche. Topas hat eine perfekte Spaltung in eine Richtung. Mineralien können zwei, drei, vier oder sechs Spaltungsrichtungen haben, entlang derer sie sich gleich leicht spalten, oder mehrere Spaltungsrichtungen unterschiedliche Grade.
Einige Mineralien haben überhaupt keine Spaltung. Da die Spaltung als Ausdruck der inneren Struktur von Mineralien deren ständige Eigenschaft ist, dient sie als wichtiges diagnostisches Merkmal.

Härte- die Widerstandsfähigkeit, die das Mineral beim Kratzen bietet. Die Härte hängt von der Kristallstruktur ab: Je enger die Atome in der Struktur eines Minerals miteinander verbunden sind, desto schwieriger ist das Kratzen.
Talk und Graphit sind weiche, plattenartige Mineralien, die aus Atomschichten bestehen, die durch sehr schwache Kräfte miteinander verbunden sind. Sie fühlen sich fettig an: Beim Reiben an der Handhaut rutschen einzelne dünne Schichten ab. Das härteste Mineral ist Diamant, bei dem die Kohlenstoffatome so fest miteinander verbunden sind, dass es nur von einem anderen Diamanten zerkratzt werden kann. Zu Beginn des 19. Jahrhunderts. Der österreichische Mineraloge F. Moos ordnete 10 Mineralien in aufsteigender Reihenfolge ihrer Härte. Seitdem dienen sie als Maßstäbe für die relative Härte von Mineralien, den sogenannten. Mohs-Skala (Tabelle 1).

Tabelle 1. Mohs-Härteskala

Mineral	Relative Härte
Talk
Gips
Calcit
Fluorit
Appatit
Orthoklas
Quarz
Topas
Korund
Diamant

Dichte. Die Masse der Atome chemischer Elemente variiert von Wasserstoff (dem leichtesten) bis zu Uran (dem schwersten). Unter sonst gleichen Bedingungen ist die Masse einer Substanz, die aus schweren Atomen besteht, größer als die einer Substanz, die aus leichten Atomen besteht. Beispielsweise haben zwei Carbonate – Aragonit und Cerussit – eine ähnliche innere Struktur, aber Aragonit enthält leichte Calciumatome und Cerussit enthält schwere Bleiatome. Dadurch übersteigt die Masse von Cerussit die Masse von Aragonit bei gleichem Volumen. Die Masse pro Volumeneinheit eines Minerals hängt auch von der atomaren Packungsdichte ab. Calcit, wie Aragonit, ist Kalziumkarbonat , aber in Calcit sind die Atome weniger dicht gepackt, sodass es eine geringere Masse pro Volumeneinheit hat als Aragonit. Die relative Masse oder Dichte hängt von der chemischen Zusammensetzung und der inneren Struktur ab.
Die Dichte ist das Verhältnis der Masse eines Stoffes zur Masse des gleichen Wasservolumens bei 4 °C. Wenn also die Masse eines Minerals 4 g und die Masse des gleichen Wasservolumens 1 g beträgt, dann Die Dichte des Minerals beträgt 4. In der Mineralogie ist es üblich, die Dichte in g/cm3 anzugeben.
Um die Härte eines Minerals zu bestimmen, muss das härteste Mineral ermittelt werden, das es zerkratzen kann. Die Härte des untersuchten Minerals ist größer als die Härte des gekratzten Minerals, aber geringer als die Härte des nächsten Minerals auf der Mohs-Skala. Bindungskräfte können je nach Kristallrichtung variieren, und da die Härte eine grobe Schätzung dieser Kräfte ist, kann sie in verschiedene Richtungen variieren. Dieser Unterschied ist normalerweise gering, mit Ausnahme von Kyanit, das eine Härte von 5 in Richtung parallel zur Länge des Kristalls und 7 in Querrichtung aufweist.
In der mineralogischen Praxis wird auch die Messung absoluter Härtewerte (der sogenannten Mikrohärte) mit einem Sklerometergerät verwendet, die in kg/mm2 ausgedrückt wird.
Die Dichte ist ein wichtiges diagnostisches Merkmal von Mineralien und lässt sich nicht schwer messen. Die Probe wird zunächst in Luft und dann in Wasser gewogen. Da eine in Wasser getauchte Probe einer nach oben gerichteten Auftriebskraft unterliegt, ist ihr Gewicht dort geringer als in Luft. Der Gewichtsverlust entspricht dem Gewicht des verdrängten Wassers. Somit wird die Dichte durch das Verhältnis der Masse einer Probe in Luft zu ihrem Gewichtsverlust in Wasser bestimmt.