Твердость минералов
Твердость — оно из важнейших свойств минералов. Под твердостью обычно понимается сопротивление поверхности камня при попытке поцарапать ее другим камнем или предметом.
Во всем мире действует минералогическая шкала твердости, предложенная еще в 19 веке Ф. Моосом. Это сравнительная шкала (см. таблицу), по которой можно определить, какой минерал тверже.
Минералы с твердостью 1–2 считаются мягкими, от 3 до 6 — средней твердости, выше 6 — твердыми. В ювелирной практике о минералах с твердостью 8-10 говорят, что они обладают твердостью драгоценных камней.
Именно твердость вывела алмаз на первое место по стоимости. Среди других самоцветов имеются камни не менее красивые, но твердостью 10 обладает только алмаз. Это свойство делает изготовленный из алмаза бриллиант практически вечным. Многие другие камни со временем теряют первоначальную красоту, особенно из-за небрежного отношения. Они могут случайно царапаться другими предметами, пыль может содержать твердые микрочастицы каких-то веществ и т. п.
Шкала твердости минералов Ф. Мооса
Тв. ∙ Минерал ∙ Сравнение
1 ∙Тальк ∙ Скоблится ногтем
2 ∙ Гипс∙ Царапается ногтем
3 ∙Кальцит∙ Царапается медным предметам
4 ∙Флюорит∙ Легко царапается стальным ножом
5 ∙Апатит ∙ С трудом царапается ножом
6 ∙Ортоклаз ∙ Царапается напильником
7 ∙Кварц ∙ Царапает оконное стекла
8 ∙Топаз ∙ Легко царапает кварц
9 ∙ Корунд∙ Легко царапает топаз
10 ∙Алмаз ∙ Не царапается ничем
Для своих диагностических целей коллекционер может изготовить набор чертилок с твердостью, приближенной к шкале Ф. Мооса. Заостренный стержень из толстого чисто алюминиевого электрического провода имеет твердость 2. Игла из чистой меди, тоже из электропровода, имеет твердость 3, заточенный гвоздь из мягкого железа — 4, стальная игла имеет твердость примерно 5,5, твердость надфиля — около 6, кусочек кварца с твердостью 7 найти не проблема, твердосплавные напайки токарных резцов имеют твердость около 8, из абразивного корундового брусочка можно сделать чертилку с твердостью 9, твердость 10 — это алмазный стеклорез.
Некоторые чертилки из этого набора могут иметь отклонения по твердости, но для любителя-коллекционера это вполне приемлемо. Мы же не собираемся выполнять прецизионные замеры, да и с помощью набора промышленного изготовления (такие бывают) определение твердости имеет сравнительный качественный, но не количественный, характер.
Некоторые минералы могут иметь разную твердость в продольном и поперечном направлениях. Это обусловлено структурными волокнистыми свойствами. О твердости горных пород в минералогическом смысле не говорят, потому что они могут состоять из нескольких минералов с разной твёрдостью.
Таблицы-определители минералов содержат сведения о твёрдости.
Хрупкость
Под термином «хрупкость» понимается способность минерала раскалываться при ударе. Для камней с разной хрупкостью сила требуемого удара разная. Одним достаточно легкого молоточка, другие кувалде не поддаются.
Иногда ошибочно путают понятия твердости, хрупкости и прочности. Существует предание, как на одном из приисков некий молодой подмастерье, наслушавшись рассказов о необычайной стойкости и твёрдости алмаза, спутав эти понятия с прочностью, то есть обратному понятию хрупкости, решил собственноручно испытать крепость алмаза. Улучив момент, когда в помещении никого не оказалось, он положил уже внесенный в реестры и приготовленный к отправке алмаз на наковальню и со всего размаха треснул по нему молотком, чем поверг в небывалый шок все руководство прииска. От великолепного кристалла осталась кучка белого порошка! Чтобы отчитаться о пропаже алмаза, была создана специальная комиссия, составившая подробный акт о происшествии с сопровождением всех тщательно собранных крошек алмаза. Но многие вышестоящие чиновники, которые тоже имели довольно путаные понятия о стойкости алмазов, никак не могли поверить, что какой-то юнец мог разбить «крепчайшее» на земле вещество. Только вмешательство авторитетных ученых спасло руководство прииска от неминуемого наказания.
Алмаз действительно стоек к воздействию различных агрессивных сред и является самым твёрдым веществом. Но алмаз непрочен. Он очень хрупок. Его даже нельзя ронять без риска раскалывания.
Точными численными величинами хрупкости минералогия не оперирует.
Имеется несколько субъективных понятий прочности минералов: очень хрупкий, хрупкий, вязкий, пластичный, ковкий. Могут быть и какие-то другие определения этих свойств минералов.
Большинство минералов хрупкие в той или иной мере. Такие минералы, как жадеит, нефрит относятся к вязким. Изделия из нефрита обладают повышенной прочностью. Расколоть или отколоть образец будет стоить немалых трудов. К пластичным относятся самородные металлы. Ковкие, такие, как галенит, халькозин, при ударах сминаются. При царапании ножом на ковких минералах получается блестящая царапина, твёрдость их невысока, а плотность — большая.
Плотность
Плотность, или удельный вес минерала относится к очень важным свойствам, в том числе и диагностическим. Это одна из констант минерала. Численно плотность равна отношению массы к объему. Размерность плотности — грамм/см3.
По субъективной оценке, навскидку, камни можно разделить на легкие — до 2 г/см3, средней тяжести — от 2 г/см3 до 4 г/см3 и тяжелые — выше 4 г/см3.
Один из наиболее легких минералов — янтарь, имеющий плотность 1,05-1,1 г/см3. То есть янтарь чуть-чуть тяжелее воды. Самородное золото, тоже являющееся минералом, имеет плотность 19 г/см3.
Рудные минералы, особенно содержащие тяжелые металлы, всегда обладают повышенной плотностью. Касситерит, основная руда олова, имеет плотность 7 г/см3, а невьянскит, содержащий редкие тяжелые металлы рутений, платину, родий, иридий и осмий, вообще один из самых плотных и самых тяжелых минералов. Его плотность — 21 г/см3.
Различие в плотностях минералов имеет значение при разведочных и поисковых работах. Природа сама выполняет обогащение и разделение минералов на местности. Легкие камни и пески уносятся водой ручьев, рек и дождевых потоков на далекие расстояния, тяжелые остаются на месте. Таким образом, образуются россыпные месторождения золота, платины и других тяжелых минералов.
Для определения плотности минералов можно изготовить гидростатические равноплечие весы по схеме рис. 9.
Рис. 9
На основании 1 закреплена стойка 14 с седлом 11. Посреди коромысла 8 вмонтирована призма 10, свободно располагающаяся в седле 11. На обоих концах коромысла на одинаковом расстоянии от середины прикреплены скобки 5, за которые через крючки 4 прицеплены: слева подвески 3 с чашкой 2, справа подвески 17 с чашкой 18. К чашке 18 прицеплены подвески 19 со второй чашкой 21. Упоры 9 не дают коромыслу совершать слишком большие колебания, создающие неудобство при работе, и предотвращают поперечные смешения коромысла. В оба конца коромысла вставлены две шпильки 6, на которые навертывают балансировочные грузики 7.
В стакан 20 наливают кипяченую и остывшую до комнатной температуры воду. Нижняя чашка 21 погружена в эту воду. Балансировочными грузиками 7 добиваемся равновесия. Три винтовых ножки 22 позволяют выставить основание 1 строго горизонтально.
Для взвешивания образцов необходим разновес — набор гирь, который можно приобрести в магазинах медоборудования. Разновес с самой большой гирей 50 грамм вполне достаточен.
Небольшое замечание: разновес должен содержаться в чистоте. Гирьки всегда надо брать пинцетом, имеющимся в комплекте разновеса.
Чистый сухой образец сначала кладем на правую верхнюю чашку 18. Взвесив и записав полученный результат, переносим образец на нижнюю чашку 21. При этом надо принять меры к полному удалению всех пузырьков воздуха, прилипших к образцу. Эти пузырьки могут внести большую погрешность в результат взвешивания. Некоторые источники рекомендуют прокипятить образец, особенно имеющий внутренние полости, для удаления воздушных пузырьков. Образец должен быть полностью покрыт водой. Получив второй результат, тоже запишем.
Для определения плотности из первого результата вычитаем второй. Затем число первого результата делим на разность. Частное от деления и есть искомая плотность образца минерала.
Например: масса сухого взвешивания 63,25 г. Масса при взвешивании в воде 40,25 г. Разность 63,25–40,25 = 23 г, 63,25: 23 = 2,75. Плотность образца 2,75 г/см3. Число 23 является объемом исследуемого образца в см3.
Изготовить весы человеку, у которого, руки растут от головы, а не от другой части тела, не составит особого труда. На рис. 10, 11 приведены чертежи этого нехитрого устройства для того, чтобы было с чего начинать. Это не догма, требующая неукоснительного выполнения. Каждый мастер-любитель волен подходить к решению задачи творчески, применительно к своим требованиям, условиям и возможностям. В предлагаемой конструкции можно изменить общие габариты, применить другие материалы, изменить конфигурацию деталей и т. п. Ниже приведена спецификация с краткими пояснениями некоторых особенностей.
Рис. 10
Рис. 11
1. Основание. Фанера толщиной 10–15 мм. В трех местах согласно чертежу вклеены эпоксидкой гайки М6 для регулировочных ножек 22. Готовое основание покрыть лаком.
2. Чашка. Алюминиевый или дюралевый лист толщиной 1–1,5 мм. Классическая вогнутая форма в данном случае необязательна.