De hardheid van een mineraal wordt gedefinieerd als het relatieve vermogen van een mineraal om weerstand te bieden tegen krassen of schuren. De eerste poging om de hardheid van een mineraal te kwantificeren werd in 1812 gedaan door Friedrich Mohs, een Duitse geoloog en mineraloog. Hij koos 10 relatief veel voorkomende mineralen die in hardheid varieerden van het zachtste bekende mineraal, talk, tot het hardste, diamant. De Schaal van Mohs wordt gebruikt door amateurs en professionele mineralogen, geologen en verzamelaars. De schaal van Mohs en de toepassing ervan bij het testen van minerale eigenschappen is het onderwerp van dit artikel.
Metallurgen gebruiken een penetratiehardheid (Vickers, Knoop, enz.) die wordt verkregen door een diamantpunt in een plat oppervlak te drukken onder een bekende belasting en het oppervlak van de indrukking te meten. Professionele documenten in de mineralogie maken vaak melding van Vickers hardheid toegepast op mineralen, in welk geval deze wordt beschouwd als de hardheid van kristalvervorming.
Mohs vond een ordinale schaal uit, één tot tien, waarbij elk cijfer gedefinieerd wordt door de hardheid van een bepaalde mineraalsoort. Hoewel dit goede benaderingen zijn, zijn de absolute verschillen in hardheid tussen de ordinale waarden niet gelijk. In vergelijking met de Knoop Schaal is elk opeenvolgend Indexmineraal 1,2 tot 2,7 maal harder dan het vorige. De enige grote uitzondering is die tussen de hardheid van korund en diamant. Diamant is bijna vijf keer zo hard als korund.
|
De schaal van Mohs voor de hardheid van mineralen |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Omdat de schaal van Mohs een ordinale schaal is, zijn er geen tussenliggende waarden. Dat gezegd hebbende, zult u vaak waarden zien als 3½, of 5½. Dergelijke aanduidingen betekenen niet dat de hardheid halverwege tussen 3 en 4 of 5 en 6 ligt. In plaats daarvan zegt de verzamelaar of mineraloog dat de hardheid groter is dan 3, maar kleiner dan 4; of evenzo, groter dan 5, maar kleiner dan 6. Probeer niet een fijnere meting te geven, want dat is zinloos. Het is een klein punt, maar een hardheid tussen 8 en 9 moet worden geschreven als 8½ en niet als 8,5. De decimale breuk impliceert een continu bereik in plaats van de discrete ordinale waarden.
Gereedschap dat u nodig zult hebben
Een hardheidsset van indexmineralen kan worden gekocht, maar de meeste zijn zo algemeen dat u uw eigen set kunt samenstellen. Idealiter zou elk stuk ongeveer 2 x 2 x 3 cm groot moeten zijn. Splijtvlakken zijn ideaal om te krassen, hoeken zijn goed om krassen te produceren, dus splijtblokken zijn uitstekend als dat mogelijk is. Wanneer ze dat niet zijn, kies dan een kristal. Alleen de eerste negen indexmineralen zijn nodig, want u weet dat een diamant alle andere mineralen zal bekrassen. Een klein doosje, verdeeld in negen vakjes, is handig om in op te bergen.
Een set potloodachtige houders met scherpe punten, elk met een van de Mohs mineralen, kan worden gekocht. Ze zijn uitstekend geschikt voor het proefkrassen van een onbekend mineraal, maar, zoals later zal worden besproken, moet ook worden nagegaan of het onbekende mineraal het indexmineraal kan bekrassen. Dat is met sommige sets punten niet mogelijk. MineralLabs set van hardheidspunten en testoppervlakken maakt het volledige protocol mogelijk. De punten zijn voorzien van stalen potloodhouders en een carborundum slijpsteen wordt meegeleverd om de punten indien nodig opnieuw te slijpen. Geen van de punten is mineraal. Gips wordt vervangen door een kunststof van dezelfde hardheid. Calciet door koper. Punten 4 tot en met 9 zijn allemaal staallegeringen met de juiste hardheid om de mineralen die ze vervangen te evenaren. De punten zijn nuttig, vooral bij kleine preparaten.
Voor nauwkeurige benaderingen zijn een zakmes (H=5 tot 5½), een stuk koperdraad (H=3), een kwartsscherf (H=7), een klein stukje koperplaat (H=3), een vierkantje vensterglas (H=6½), en een blank stalen spatbordring (H=5) voldoende. Een andere die je altijd bij je hebt is je vingernagel (H=2 tot 2½). Als je die gebruikt voordat je de punten- of hardheidsset gebruikt, bespaart dat slijtage aan de laatste. Het nadeel is dat bij het verfijnen van uw schatting, het gebruik van een hardheidsset het maken van een tweede kras vereist.
Het maken van &Het waarnemen van een kras
Bij het kiezen van een plaats om een kras te maken op uw pas verworven, waardevolle specimen, kiest u een tamelijk glad maar onopvallend oppervlak, bij voorkeur aan de achterkant of onderkant van het stuk. U wilt niet dat een prachtig kristallen gezicht ontsierd wordt door een lelijk litteken.
Als u geen idee hebt wat de hardheid zou kunnen zijn, begin dan in het midden … probeer 5. Dit is waar een zakmes, een kleine lengte van koperdraad, enz., handig is. Hiermee kunt u de waarde bij benadering vinden zonder uw betere gereedschap te eroderen.
Bij het maken van de kras, teken de punt voor slechts ongeveer 3 mm. En gebruik een vergrootglas. Een kras van 3 mm is net zo gemakkelijk te zien als een kras van 3 cm. Oefen aanvankelijk lichte druk uit, maar als dat geen effect heeft, verhoog dan de druk tot een stevige druk. Nadat de “kras” is gemaakt, veegt u hem af met uw vinger of een wattenstaafje om er zeker van te zijn dat de kras werkelijk een insnijding in het oppervlak is, en niet slechts een kalkachtige afdruk op het oppervlak. Trek zo mogelijk met uw vingernagel over de kras om na te gaan of het een ingesneden kras is of slechts een restmarkering.
Wanneer u styli (punten) gebruikt, houdt u de styli onder een hoek van ongeveer 45o tot 60o ten opzichte van het mineraaloppervlak en trekt u ze naar u toe.
Als een punt op apatiet (H=5) geen krassen op uw specimen maakt, probeer dan veldspaat (H=6). Als de veldspaat uw preparaat niet krast, probeer dan kwarts (H=7). Als de kwarts een kras veroorzaakt, dan is het belangrijk om te proberen de kwarts te bekrassen met een onopvallende punt op uw specimen.
Hoewel de hardheid van de meeste mineralen bijna gelijk is in alle richtingen, bestaan er kleine verschillen. Probeer dus, als uw specimen het toelaat, zonder het te beschadigen, krassen in verschillende richtingen (in de lengterichting van het kristal en in de dwarsrichting). Het mineraal dat het best bekend is voor zijn differentiële hardheid is kyaniet. Zijn hardheid evenwijdig aan de lengte van het kristal is 5½ terwijl de hardheid loodrecht op de lengte 7 is. Bij diamanten is het octahedrale oppervlak het hardst en zonder verschillen in richtingshardheid zou een diamant niet geslepen kunnen worden.
Interpretatie van de resultaten
Laten we zeggen dat uw onbekende mineraalmonster niet door veldspaat (H=6) werd gekrast, wel door kwarts (H=7), en zelf kwarts heeft gekrast. Dan moet het onbekende een hardheid hebben die gelijk is aan die van kwarts; of H=7.
Als je onbekende specimen niet bekrast werd door veldspaat (H=6), bekrast werd door kwarts (H=7), en zelf geen kwarts bekraste. Dan moet de hardheid kleiner zijn dan die van kwarts, maar groter dan die van veldspaat ( 6 < H < 7). Deze waarde wordt vaak uitgedrukt als 6½, wat betekent “tussen” 6 en 7.
Als de index de onbekende krast, krast de onbekende dan de index? Het is belangrijk om het krassen in beide richtingen te testen. Dit is de enige manier om te bepalen of de hardheid van het onbekende gelijk is aan, of minder is dan, het indexmineraal dat de grootste hardheid heeft.
Theoretische achtergrond
Hardheid is een functie van de bindingssterkte tussen atomen en/of ionen. Terwijl de bindingssterkte tussen atomen in een molecuul (b.v. tussen waterstof en zuurstof in water) in wezen constant is, varieert de bindingssterkte tussen ionen (b.v. Fe2+ en (CO3)2-) afhankelijk van de elektrostatische lading op de ionen, de afstand tussen de ionen, en het pakkingspatroon. Aangezien de afstand tussen de ionenvlakken in de verschillende richtingen verschillend is, is ook de bindingssterkte verschillend. Het vlak met de maximale hardheid is het vlak met de hoogste puntdichtheid. Dat is het vlak met het grootste aantal ionen in het kleinste gebied. Voor diamant is de grootste puntdichtheid en het vlak met de maximale hardheid het octahedrale vlak.
In het algemeen leveren kleinere ionen hardere mineralen op. De kationen (positief geladen metaalionen) van de carbonaat mineralen calciet Ca2+, magnesiet Mg2+, sideriet Fe2+, en rhodochrociet Mn2+ hebben allemaal hetzelfde pakkingspatroon, of kristalstructuur; en dezelfde elektrostatische lading. Zij zijn bijna even groot, met uitzondering van het calciumion, dat aanzienlijk groter is. Calciet heeft een hardheid van 3 terwijl magnesiet, sideriet en rhodochrosiet een hardheid hebben van 4.
Het carbonaat, calciet, en het nitraat, nitratine, hebben hetzelfde pakkingspatroon (kristalstructuur) en ongeveer dezelfde grootte ionen. De lading van de calcium- en carbonaationen in calciet is echter tweemaal zo groot als die van de natrium- en nitraationen in nitratine. Hierdoor is de elektrostatische aantrekkingskracht tussen de calcium- en carbonaationen in calciet sterker dan de aantrekkingskracht tussen de natrium- en nitraationen in nitratine. De hardheid van calciet is, zoals we gezien hebben, 3. De hardheid van nitratine is 1½ tot 2.
Sluitere pakking van ionen in de kristalstructuur geeft een grotere hardheid. Aragoniet en calciet zijn beide calciumcarbonaat, CaCO3. Calciet kristalliseert in het trigonale kristalsysteem, aragoniet in het orthorhombische systeem; en, de ionen zijn dichter opeengepakt voor aragoniet dan voor calciet. De hardheid van calciet is, zoals u weet, 3. Die van aragoniet is 3½ of 4.
Mineralen met covalente bindingen tussen atomen zijn over het algemeen harder dan die met ionische bindingen. Diamant heeft covalente bindingen tussen koolstofatomen. Native koper heeft ionische bindingen tussen koperionen. Beide kristalliseren in het isometrische (kubische) systeem. Hoewel het koperion aanzienlijk groter is dan het koolstofatoom, is de sterkte van de covalente binding tussen koolstofatomen enorm veel groter dan die van de elektrostatische bindingen tussen koperionen.
Links naar de “Bepaling . . .” Serie: How To
Wat is een mineraal? De definitie van een mineraal
Het bepalen van kleur en strepen
Het bepalen van glans: Voor beginnende verzamelaars
De hardheid van een mineraal bepalen
Het soortelijk gewicht van een mineraal bepalen
De symmetrie van kristallen bepalen: An Introduction
Determining Fracture and Cleavage in Minerals
Mason, Brian and 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 van de 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.
Geef een antwoord