Твердість мінералів і гірських порід
Твердість мінералу - це здатність його протистояти механічному впливу - дряпання гострим інструментом або іншим мінералом. Твердість визначається різними способами: царапанием, вдавленням, шліфуванням і ін. Існують дві шкали твердості - відносна (по Моосу) і абсолютна.
Для практичних цілей користуються емпіричної шкалою твердості, запропонованої на початку XIX ст. австрійським мінералогом Моосом. У 1811 році німецький мінералог Фрідріх Моос (1773-1839) вибрав 10 мінералів, прийнявши їх за еталонні, і влаштував їм «іспит», дряпаючи одна об одну. Більш тверді мінерали, міркував Моос, повинні дряпати своїх супротивників, а більш м'які дряпатися ними.
Визначення твердості за шкалою Мооса полягає в тому, що мінерал з невідомої твердістю порівнюється з мінералами-еталонамі.Ето властивість визначається наступним чином. На поверхні досліджуваного мінералу вибирають гладку майданчик і, взявши мінерал з шкали Мооса, проводять їм по ній під гострим кутом з натиском. Якщо на поверхні досліджуваного зразка залишається подряпина, то його твердість менше, ніж у еталонного мінералу. Необхідно переконатися в тому, що на досліджуваному зразку залишається саме подряпина (поглиблення), а не порошок еталонного зразка. Використовуючи послідовно еталонні мінерали від самого м'якого до найбільш твердого, домагаються такого положення, коли випробуваний зразок розташовується по своїй твердості між двома еталонними або випробуваний зразок дряпається еталонним і сам дряпає його. У першому випадку твердість випробуваного зразка оцінюється середньою величиною, в другому - дорівнює твердості еталонного.
У природі нерідкі мінерали з твердістю, проміжної між еталонними даними. У зв'язку з цим виникла необхідність якось позначати подібні проміжні значення твердості і їх стали називати половинами. Наприклад, твердість циркону називається сім з половиною і означає лише те, що твердість проміжна між сім'ю і вісьма. Цифрова форма запису у вигляді простих дробів (7½, 6½) або десяткових (7,5, 6,5) може ввести в оману недосвідченого людини і дозволить йому припускати, що можлива твердість, наприклад, 7 # 8531; або 7,75, чого на ділі зафіксувати не вдається.
Твердість мінералів залежить від характеру сил зчеплення між частинками речовини, що визначається формою кристалічної решітки, тобто взаємним розташуванням частинок. Коли енергетичний зв'язок між частинками сильніше, тоді і твердість вище. Кристалічні речовини, у яких будова відрізняється в різних напрямках, мають і різну твердість у цих напрямках.
При відсутності шкали Мооса твердість мінералів можна визначити і іншими способами. Так, у графіту м'якого олівця твердість близько 1. мінерали з такою твердістю пишуть на папері, не залишаючи на ній подряпини. Мінерали з твердістю до 2 дряпаються нігтем. Залізний цвях, дріт мають твердість 4, мідна монета 3-4, скло 5, сталевий ніж, голка - 6. кварц, що має твердість 7, широко зустрічається в природі. Мінерали з твердістю 3, 4, 5 можуть відрізнятися і з використанням тільки ножа. У першому випадку вони легко чертятся гострим кінчиком ножа, у другому - для цього необхідно докласти певне зусилля, а в третьому - значне. Мінерали з твердістю більшою, ніж у кварцу (вище 7), зустрічаються відносно рідко. Це група гранатів, топаз, берил, турмалін, корунд, алмаз. Останні два мінерали - єдині з твердістю відповідно 9 і 10.
Щоб визначити твердість мінералу, що представляє собою порошкоподібний або землистий агрегат, необхідно потерти цим порошком еталонний зразок, якщо останній покриється подряпинами, то твердість зразка менше, ніж досліджуваного зразка.
Важливо підкреслити, що одиниці твердості за шкалою Мооса відносні.
Абсолютна твердість визначається за допомогою твердометрія (склерометри) шляхом вдавлення під навантаженням Р (в кг) алмазної пірамідки квадратного перетину на рівну горизонтальну поверхню випробуваного мінералу. За допомогою вмонтованого в твердометрія мікроскопа визначають площу d (в мм 2) відбитка від вдавлення пірамідки. Розрахунок твердості здійснюється за формулою:
H = 2 # 8729; sin # 945; / 2 # 8729; # 961; / d 2 кг / мм 2
тут # 945; = 136 0 відповідає розі між гранями піраміди.
Твердість гірських порід (а. Rock hardness; н. Gesteinsfestigkeit; ф. Durete des roches, durete des terrains; і. Dureza de rocas, solidez de rocas, firmeza de rocas) - властивість гірських порід чинити опір впровадженню в них інших тіл при зосередженому контактному силовому впливі.
Твердість - характеристика гірських порід, що відображає їх міцність. Залежно від призначення величина твердості визначається різними методами. При використанні методу дряпання по поверхні гірських порід переміщують гострий алмазний наконечник або еталонний мінерал (див. Мооса шкала). В якості запобіжного твердості приймають величину зусилля, з яким простягається наконечник, ширину і обсяг подряпини. У методах свердління твердості визначають за показниками взаємодії свердла і породи. Міри твердості в цьому випадку: об'ємна робота руйнування, величина крутного моменту і ін.