Co to jest skala Mohsa i do czego służy?

O tym, że diament jest najtwardszym minerałem, wiadomo dość powszechnie. Ale co to tak naprawdę oznacza? Każdy minerał ma określoną twardość, czyli odporność na zarysowania. Skala Mohsa pomaga umiejscowić poszczególne minerały względem siebie, w ten sposób wskazując, jaka jest ich wytrzymałość. Co to jest skala Mohsa, jak czytać dane z tabeli i co oznacza określenie „względna twardość minerałów”?

W 1812 roku niemiecki fizyk, chemik i mineralog Friedrich Mohs opracował klasyfikację, której zadaniem było ułożenie minerałów wg ich twardości, a więc odporności na zarysowania lub ścierania różnymi substancjami. W ten sposób – od nazwiska uczonego – powstała skala twardości Mohsa, zwana potocznie skalą Mohsa, która to pomaga umiejscowić minerały względem siebie, mając na uwadze ich podatność na uszkodzenia.

Mohs stworzył dziesięciostopniową skalę, obejmującą 10 wzorcowych minerałów o różnej twardości i uszeregował je, jedynką oznaczając najmniej twardy, a dziesiątką minerał najtwardszy, a więc diament. Warto podkreślić, że czym innym jest kruchość minerałów, której Mohs nie analizował. O co chodzi? Diament, choć najtwardszy, a zarazem najbardziej odporny na zarysowania, jest podatny na zniszczenie pod wpływem siły uderzenia młotka. Twardość w skali Mohsa jest więc informacją o odporności minerału na zarysowanie lub ścieranie, a nie na zniszczenie.

CZYTAJ WIĘCEJ: Fakty i mity na temat biżuterii

Zastanawiając się jak czytać skalę Mohsa, warto wiedzieć o tym, że twardość minerałów jest własnością kierunkową. Co to oznacza? W zależności od tego, jak przebiegają wiązania chemiczne i jak wygląda wewnętrzny układ atomów, twardość minerału może się różnić. Przykład? Grafit i diament to odmiany węgla. Ich wiązania jednak są odmienne, czego konsekwencją jest właśnie różna odporność na zarysowania i ścierania.

Warto także wiedzieć, że istnieją minerały, których twardość różnić się może w zależności od kierunku, w którym rysujemy kryształ.

Skala twardości minerałów

Każdy minerał może zostać zarysowany przez następujący po nim na skali, a więc twardszy od niego samego. Kolejne minerały rysują więc wszystkie poprzednie. Dlatego minerał sklasyfikowany wg skali twardości Mohsa na „szóstkę” jest w stanie uszkodzić powierzchnię minerałów o twardości od 1 do 6. Warto w tym miejscu wskazać, że minerały o tej samej twardości rysują się wzajemnie.

Skala Mohsa to jedynie skala orientacyjna, pozwalająca „umieścić” minerał pomiędzy najbardziej miękkim a najtwardszym. Nie wskazuje dokładnej twardości, która zależy od czystości próbki minerału i stopnia jego krystaliczności.

Skala Mohsa - tabela

Skala twardości Mohsa to dziesięć minerałów, którym przyporządkowano wartości liczbowe określające ich twardość.

1. Talk
2. Gips
3. Kalcyt
4. Fluoryt
5. Apatyt
6. Ortoklaz
7. Kwarc
8. Topaz
9. Korund
10. Diament

Test twardości minerałów

W warunkach laboratoryjnych możliwe jest mierzenie tzw. twardości absolutnej. Wykorzystuje się do tego specjalistyczne narzędzia – sklerometry. Skala Mohsa jednak pozwala, jak wspomniano, oszacować twardość danego minerału i cieszy się dużą popularnością ze względu na możliwość nie tylko szybkiej oceny, ale przede wszystkim wykonanie jej przy pomocy łatwo dostępnych przyrządów. Dzięki nim można łatwo określić przybliżony stopień twardości badanego materiału. Jakich narzędzi można użyć?

- paznokieć (twardość =2,5),
- drut miedziany (twardość = 3),
- płyta szklana lub nóż stalowy (twardość = 5,5),
- pilnik stalowy (twardość = 6,5).

CZYTAJ WIĘCEJ: Znaczenie kamieni szlachetnych i ozdobnych

Do badania twardości substancji (nie tylko minerałów) wykorzystuje się różne metody. Można więc mówić o różnych skalach. Skala Mohsa jest najstarszą i najprostszą szacunkową metodą, niezwykle użyteczną w warunkach terenowych. Jest to skala twardości minerałów. Jakie jeszcze istnieją metody pomiaru odporności – nie tylko minerałów – na zarysowania?

Skala Vickersa

To jedna z bardziej znanych skali pomiaru twardości. Polega na wgniataniu w badaną powierzchnię diamentowej płytki o odpowiednich wymiarach i ciężarze. Następnie mierzy się rozmiar powstałego wgniecenia i głębokość odcisku. Twardość w skali Vickersa oznacza się HV (w skali od 80 do 940).

Skala Brinella

W tym przypadku twardość substancji bada się przez wyciśnięcie w materiale kulki wykonanej ze stali lub węglików spiekanych i zbadaniu średnicy odcisku. Twardość w skali Brinella określa się w jednostkach HB (od 3 do 600).

Skala twardości Rockwella

Podobnie jak w przypadku wcześniejszych, metoda Rockwella polega na pomiarze głębokości wcisku dokonanego stożkiem diamentowym. Metody tej używa się do pomiaru twardości metali – wynik oznacza się HRC i wynosi od 20 do 100 jednostek.

Skala Mohsa na HRC

Zdarza się, że zainteresowanie budzi twardość poszczególnych minerałów mierzona innymi jednostkami. Skala Mohsa na HRC wymaga… przeliczenia. Ze względu na fakt, że dziesięciostopniowa skala Mohsa jest dość orientacyjna, takie działanie może być przydatne przy określaniu wartości twardości minerałów będących na podobnym poziomie, np. wykazujących odporność na zarysowania na „czwórkę” w skali Mohsa.