Mineralhårdhed er defineret som et minerals relative evne til at modstå ridser eller slid. Det første forsøg på at kvantificere hårdheden af et mineral, som der er nogen dokumentation for, blev gjort i 1812 af Friedrich Mohs, en tysk geolog og mineralog. Han udvalgte 10 relativt almindelige mineraler, der varierede i hårdhed fra det blødeste kendte mineral, talkum, til det hårdeste, diamant. Mohs-skalaen anvendes af amatør- og professionelle mineraloger, geologer og samlere. Mohsskalaen og dens anvendelse til testning af mineralske egenskaber er emnet for denne artikel.
Metallurgikere anvender en indtrængningshårdhed (Vickers, Knoop osv.), som opnås ved at trykke en diamantspids ind i en flad overflade under en kendt belastning og måle indtryksarealet. Faglige artikler inden for mineralogi rapporterer ofte Vickers-hårdhed anvendt på mineraler, i hvilket tilfælde den anses for at være krystaldeformationens hårdhed.
Mohs opfandt en ordinalskala fra 1 til 10, hvor hvert tal er defineret af hårdheden af en bestemt mineralart. Selv om de er gode tilnærmelser, er de absolutte forskelle i hårdhed mellem ordinalværdierne ikke lige store. Sammenlignet med Knoop-skalaen er hvert på hinanden følgende indeksmineral 1,2 til 2,7 gange hårdere end det foregående. Den eneste store undtagelse er mellem hårdheden af korund og diamant. Diamant er næsten fem gange så hård som korund.
|
Mohs-skalaen for mineralhårdhed |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Da Mohs-skalaen er en ordinalskala, er der ingen mellemliggende værdier. Når det er sagt, vil man ofte se værdier som 3½, eller 5½. Sådanne betegnelser betyder ikke, at hårdheden ligger halvvejs mellem 3 og 4 eller 5 og 6. I stedet siger samleren eller mineralogen, at hårdheden er større end 3, men mindre end 4; eller på samme måde større end 5, men mindre end 6. Man bør ikke forsøge at angive en finere måling, da det er meningsløst. Det er en fin pointe, men en hårdhed mellem 8 og 9 bør skrives som 8½ og ikke som 8,5. Decimalbrøken antyder et kontinuerligt område snarere end de diskrete ordinale værdier.
Værktøjer, du får brug for
Det er muligt at købe et hårdhedssæt af indeksmineraler, men de fleste er så almindelige, at du kan bygge dit eget sæt. Ideelt set skal hvert stykke være ca. 2 x 2 x 3 cm stort. Kløvningsflader er ideelle til at ridse, hjørner er gode til at producere ridser, så kløvningsblokke er fremragende, når det er muligt. Når de ikke er det, skal du vælge en krystal. Kun de første ni indeksmineraler er nødvendige, for du ved, at en diamant vil ridse alle andre mineraler. En lille æske inddelt i ni rum giver en nyttig opbevaring.
Et sæt blyantlignende holdere med skarpe spidser, hver med et af Mohs mineralerne, kan købes. De er glimrende til at prøvekradse et ukendt mineral, men som det vil blive diskuteret senere, er det også nødvendigt at finde ud af, om det ukendte mineral kan kradse indeksmineralet. Det er ikke muligt med nogle sæt spidser. MineralLabs sæt af hårdhedspunkter og testflader gør det muligt at gennemføre den komplette protokol. Spidserne er monteret i en blyantstype af stål, og der medfølger en karborundum-slibesten til efterslibning af spidserne efter behov. Ingen af punkterne er mineralske. Gips er erstattet af en plast af samme hårdhed. Calcit erstattes af kobber. Spidserne 4 til 9 er alle stållegeringer med den korrekte hårdhed, der svarer til de mineraler, de erstatter. De er nyttige, især når der er tale om små prøver.
For at opnå en nærliggende tilnærmelse er en lommekniv (H=5 til 5½), et stykke kobbertråd (H=3), et stykke kvarts (H=7), et lille stykke kobberplade (H=3), en rude af vinduesglas (H=6½) og en blank stålspænder (H=5) tilstrækkeligt. En anden ting, som du altid har med dig, er din fingernegl (H=2 til 2½). Hvis du bruger dem, før du bruger spidserne eller hårdhedssættet, sparer du slid på sidstnævnte. Ulempen er, at når du forfiner dit skøn, kræver det at vende dig til et hårdhedssæt, at du laver en anden ridse.
Fremstilling &Observation af en ridse
Når du vælger et sted at lave en ridse på dit nyligt erhvervede, værdifulde eksemplar, skal du vælge en forholdsvis glat, men diskret overflade, helst på bagsiden eller bunden af stykket. Du ønsker ikke at skæmme en flot krystalflade med et grimt ar.
Hvis du ikke har nogen idé om, hvad hårdheden kan være, så start i midten … prøv 5. Det er her, at en lommekniv, en lille længde kobbertråd osv. er praktisk. De giver dig mulighed for at finde den omtrentlige værdi uden at udhule dine bedre værktøjer.
Hvis du laver ridsen, skal du kun tegne spidsen i ca. 3 mm. Og brug en lup. En ridse på 3 mm er lige så let at se som en ridse på 3 cm. Brug i begyndelsen et let tryk, men hvis det ikke giver nogen virkning, skal du øge til et fast tryk. Når “ridsen” er lavet, skal du tørre den af med fingeren eller en vatpind for at sikre dig, at mærket rent faktisk er en ridse, der skærer i overfladen, og ikke blot er et kridtmærke på overfladen. Hvis det er muligt, kan du trække din negl hen over ridsen for at finde ud af, om der er tale om en indskåret ridse eller blot en rest af et mærke.
Når du bruger stylter (spidser), skal du holde stylten i en vinkel på ca. 45o til 60o i forhold til mineraloverfladen og trække den mod dig selv.
Hvis en spids på apatit (H=5) ikke ridser din prøve, så prøv med feltspat (H=6). Hvis feldspat ikke ridser din prøve, skal du prøve kvarts (H=7). Hvis kvartsen giver en ridse, er det vigtigt at prøve at ridse kvartsen med et uanseeligt punkt på din prøve.
Selv om hårdheden af de fleste mineraler er meget tæt på den samme i alle retninger, findes der dog små forskelle. Hvis dit prøveeksemplar tillader det, kan du derfor, uden at det bliver ødelagt, prøve at ridse i forskellige retninger (i længderetningen af krystallen og på tværs). Det mineral, der er bedst kendt for sin differentierede hårdhed, er kyanit. Dens hårdhed parallelt med krystallens længde er 5½, mens hårdheden vinkelret på længden er 7. Hos diamanter er den oktaedriske overflade den hårdeste, og uden forskelle i retningsbestemt hårdhed ville en diamant ikke kunne skæres.
Intolkning af resultaterne
Lad os sige, at din ukendte mineralprøve ikke blev ridset af feltspat (H=6), blev ridset af kvarts (H=7) og selv ridset af kvarts. Så må det ukendte mineral have en hårdhed svarende til kvarts’ hårdhed; eller H=7.
Hvis dit ukendte mineraleksemplar ikke blev ridset af feltspat (H=6), blev ridset af kvarts (H=7) og ikke selv ridsede kvarts. Så må dens hårdhed være mindre end kvarts, men større end feltspat ( 6 < H < H < 7). Denne værdi udtrykkes ofte som 6½, hvilket betyder “mellem” 6 og 7.
Hvis indekset kradser den ukendte, kradser den ukendte så indekset? Det er vigtigt at teste kradset begge veje. Kun på denne måde kan man afgøre, om den ukendtes hårdhed er lig med eller mindre end det indeksmineral, der har den største hårdhed.
Theoretisk baggrund
Hårdhed er en funktion af bindingsstyrken mellem atomer og/eller ioner. Mens bindingsstyrken mellem atomer i et molekyle (f.eks. mellem hydrogen og oxygen i vand) er stort set konstant, varierer bindingsstyrken mellem ioner (f.eks. Fe2+ og (CO3)2-) afhængigt af den elektrostatiske ladning på ionerne, afstanden mellem dem og pakningsmønsteret. Da afstanden mellem ionernes planer er forskellig i forskellige retninger, er bindingsstyrken det også. Det plan med maksimal hårdhed er det plan med den højeste punkttæthed. Det vil sige det plan med det største antal ioner på det mindste areal. For diamanter er den største punkttæthed og planet med den største hårdhed det oktaedriske plan.
Generelt giver mindre ioner hårdere mineraler. Kationerne (positivt ladede metalioner) i karbonatmineralerne calcit Ca2+, magnesit Mg2+, siderit Fe2+ og rhodochrocit Mn2+ har alle det samme pakningsmønster eller den samme krystalstruktur og den samme elektrostatiske ladning. De er næsten lige store med undtagelse af calciumionen, som er betydeligt større. Calcit har en hårdhed på 3, mens magnesit, siderit og rhodochrosit har en hårdhed på 4.
Carbonaten, calcit, og nitratet, nitratin, har samme pakningsmønster (krystalstruktur) og omtrent samme størrelse ioner. Men ladningen på calcium- og karbonat-ionerne i calcit er dobbelt så stor som ladningen på natrium- og nitrat-ionerne i nitratin. Dette gør den elektrostatiske tiltrækning mellem calcium- og karbonationerne i calcit stærkere end tiltrækningen mellem natrium- og nitrationerne i nitratin. Hårdheden af calcit er, som vi har set, 3. Hårdheden af nitratin er 1½ til 2.
En tættere pakning af ioner i krystalstrukturen giver en større hårdhed. Aragonit og calcit er begge calciumcarbonat, CaCO3. Calcit krystalliserer i det trigonale krystalsystem, aragonit i det orthorhombiske system, og ionerne er tættere pakket for aragonit end for calcit . Som bekendt har calcit en hårdhed på 3, mens aragonit har en hårdhed på 3½ eller 4.
Mineraler med kovalente bindinger mellem atomerne er generelt hårdere end dem med ioniske bindinger. Diamant har kovalente bindinger mellem kulstofatomer. Indfødt kobber har ioniske bindinger mellem kobberioner. Begge krystalliserer i det isometriske (kubiske) system. Selv om kobberionen er betydeligt større end kulstofatomet, er styrken af den kovalente binding mellem kulstofatomer enormt meget større end styrken af de elektrostatiske bindinger mellem kobberioner.
Links til “Bestemmelse af . . . .” Series: Hvordan
Hvad er et mineral? Definitionen af et mineral
Bestemmelse af farve og striber
Bestemmelse af glans: For begyndende samlere
Bestemmelse af et minerals hårdhed
Bestemmelse af et minerals specifikke vægtfylde
Bestemmelse af krystallers symmetri: An IntroductionBestemmelse af brud og spaltning i mineraler
Mason, Brian og Berry, L.G. (1968) Elements of Mineralogy. W. H. Freeman and Company, San Francisco.
Peck, Donald B (2007) Mineral Identification: A Practical Guide for the Amateur Mineralogist. The Mineralogical Record, Tucson Arizona.
Pough, Frederick H, (1996) A Field Guide to Rocks and Minerals. Houghton Mifflin Company, Boston.
Website of the Mineralogical Society of America, http://www.minsocam.org/msa/collectors_corner/id/mineral_id_keyi1.htm , Mineral Identification Key II. Plante, Alan; Peck, Donald; Von Bargen, David.
Skriv et svar