Mineraalin kovuus määritellään mineraalin suhteelliseksi kyvyksi vastustaa naarmuuntumista tai kulumista. Saksalainen geologi ja mineralogi Friedrich Mohs yritti ensimmäisen kerran määrittää mineraalien kovuuden määrällisesti vuonna 1812. Hän valitsi 10 suhteellisen yleistä mineraalia, joiden kovuus vaihteli pehmeimmästä tunnetusta mineraalista, talkista, kovimpaan, timanttiin. Mohsin asteikkoa käyttävät amatööri- ja ammattimaiset mineralogit, geologit ja keräilijät. Mohsin asteikko ja sen soveltaminen mineraalien ominaisuuksien testaamiseen on tämän artikkelin aiheena.
Metallurgit käyttävät tunkeutumiskovuutta (Vickers, Knoop jne.), joka saadaan painamalla timanttikärki tasaiseen pintaan tunnetussa kuormituksessa ja mittaamalla painauman pinta-ala. Mineralogian alan ammattilehdissä ilmoitetaan usein mineraaleihin sovellettu Vickersin kovuus, jolloin sitä pidetään kiteen muodonmuutoksen kovuutena.
Mohs keksi järjestysasteikon yhdestä kymmeneen, jossa kukin numero määritellään tietyn mineraalilajin kovuudella. Vaikka ne ovat hyviä approksimaatioita, absoluuttiset erot kovuudessa ordinaaliarvojen välillä eivät ole yhtä suuret. Knoopin asteikkoon verrattuna jokainen peräkkäinen indeksimineraali on 1,2-2,7 kertaa kovempi kuin edellinen. Ainoa merkittävä poikkeus on korundin ja timantin kovuuden välillä. Timantti on lähes viisi kertaa kovempi kuin korundi.
|
Mohsin mineraalikovuusasteikko |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Koska Mohsin asteikko on järjestysasteikko, väliarvoja ei ole. Tästä huolimatta näet usein arvoja kuten 3½ tai 5½. Tällaiset nimitykset eivät tarkoita sitä, että kovuus olisi 3:n ja 4:n tai 5:n ja 6:n puolivälissä. Sen sijaan keräilijä tai mineralogi sanoo, että kovuus on suurempi kuin 3, mutta pienempi kuin 4, tai vastaavasti suurempi kuin 5, mutta pienempi kuin 6. Mitään hienompaa mittausta ei kannata yrittää ilmoittaa, koska se on merkityksetöntä. Se on hieno asia, mutta kovuus välillä 8 ja 9 pitäisi kirjoittaa 8½ eikä 8,5. Desimaaliluku viittaa pikemminkin jatkuvaan vaihteluväliin kuin diskreetteihin järjestyslukuarvoihin.
Työkalut, joita tarvitset
Kovuusindeksimineraalien kovuussarjan voi ostaa, mutta useimmat ovat niin yleisiä, että voit rakentaa oman sarjan. Ihannetapauksessa jokaisen kappaleen tulisi olla kooltaan noin 2 x 2 x 3 cm. Halkaisupinnat ovat ihanteellisia raaputettavaksi, kulmat ovat hyviä tuottamaan raaputuksia, joten halkaisulohkot ovat erinomaisia mahdollisuuksien mukaan. Kun ne eivät ole, valitse kristalli. Vain yhdeksän ensimmäistä indeksimineraalia ovat välttämättömiä, sillä tiedät, että timantti naarmuttaa kaikki muut mineraalit. Pieni laatikko, joka on jaettu yhdeksään lokeroon, on hyödyllinen säilytyslaatikko.
Voidaan ostaa sarja terävillä kärjillä varustettuja lyijykynämäisiä pidikkeitä, joissa kussakin on yksi Mohsin mineraaleista. Ne ovat erinomaisia tuntemattoman mineraalin koenaarmuttamiseen, mutta kuten myöhemmin käsitellään, on myös selvitettävä, voiko tuntematon mineraali naarmuttaa indeksimineraalia. Tämä ei ole mahdollista joillakin kärkisarjoilla. MineralLabsin kovuuspisteiden ja testipintojen sarja mahdollistaa täydellisen protokollan. Pisteiden kiinnikkeet ovat teräksisiä lyijykynätyyppisiä pidikkeitä, ja mukana toimitetaan karborundum-teroituskivi, jolla pisteet voidaan tarvittaessa teroittaa uudelleen. Yksikään pisteistä ei ole mineraali. Kipsi on korvattu saman kovuuden omaavalla muovilla. Kalsiitti on korvattu kuparilla. Pisteet 4-9 ovat kaikki terässeoksia, joiden kovuus vastaa niiden korvaamia mineraaleja. Pisteet ovat käyttökelpoisia erityisesti pienten näytteiden kohdalla.
Lähelle lähentämiseen riittävät taskuveitsi (H=5-5½), kuparilangan pituus (H=3), kvartsin sirpale (H=7), pieni pala kuparilevyä (H=3), ikkunalasin neliö (H=6½) ja kiiltävä teräksinen suojalevyn aluslevy (H=5). Toinen aina mukana oleva väline on kynsi (H=2-2½). Niiden käyttö ennen kärkien tai kovuussarjan käyttöä säästää jälkimmäisten kulumista. Haittapuolena on se, että arviota tarkentaessasi kovuussarjaan kääntyminen edellyttää toisen naarmun tekemistä.
Tekemällä &Havainnoimalla naarmu
Valitsemalla paikan, johon teet naarmun äskettäin hankkimaasi arvokkaaseen näytteeseen, valitse melko sileä, mutta huomaamaton pinta, mieluiten kappaleen takaosaan tai pohjaan. Et halua turmella upeaa kristallipintaa rumalla arpella.
Jos sinulla ei ole aavistustakaan siitä, mikä kovuus voisi olla, aloita keskeltä … kokeile 5. Tässä kohtaa taskuveitsi, pieni kuparilanka tms. on kätevä apuväline. Niiden avulla voit löytää likimääräisen arvon syömättä parempia työkalujasi.
Kun teet naarmun, vedä pistettä vain noin 3 mm. Ja käytä suurennuslasia. 3 mm:n naarmu on yhtä helppo nähdä kuin 3 cm:n naarmu. Käytä aluksi kevyttä painallusta, mutta jos se ei tuota tulosta, lisää tiukkaa painallusta. Kun ”naarmu” on syntynyt, pyyhi se sormella tai pumpulipuikolla varmistaaksesi, että jälki on todellakin pintaan viiltävä naarmu eikä pelkkä kalkkijälki. Jos mahdollista, vedä kynttäsi naarmun yli selvittääksesi, onko se viiltävä naarmu vai pelkkä jäännösjälki.
Käyttäessäsi kynsiä (pisteitä) pidä kynää noin 45o – 60o kulmassa mineraalin pintaan nähden ja vedä sitä itseäsi kohti.
Jos apatiitin (H=5) piste ei naarmuta näytettäsi, kokeile maasälpää (H=6). Jos maasälpä ei naarmuta näytettäsi, kokeile kvartsia (H=7). Jos kvartsi saa aikaan naarmun, on tärkeää yrittää naarmuttaa kvartsia näytteesi huomaamattomalla pisteellä.
Vaikka useimpien mineraalien kovuus on lähes sama kaikissa suunnissa, pieniä eroja on kuitenkin olemassa. Näin ollen, jos näytteesi sallii, kokeile naarmuja eri suuntiin (kiteen pituussuunnassa ja poikittaissuunnassa) sitä turmelematta. Erilaisesta kovuudesta parhaiten tunnettu mineraali on kyaniitti. Sen kovuus kiteen pituussuunnan suuntaisesti on 5½, kun taas pituussuuntaan nähden kohtisuoraan kovuus on 7. Timanttien kohdalla oktaedripinta on kovimmillaan, ja ilman suunnan mukaisia kovuuseroja timanttia ei voisi leikata.
Tulosten tulkinta
Tulkitaan, että tuntemattomasta mineraalista valmistettu näytteesi ei ole naarmuuntunut maasälvän (H=6), on naarmuuntunut kvartsin (H=7) kohdalta ja on naarmuuntunut itse kvartsin kohdalta. Silloin tuntemattoman mineraalin kovuuden on oltava yhtä suuri kuin kvartsin; tai H=7.
Jos tuntematon näytteesi ei naarmuuntunut maasälvästä (H=6), naarmuuntui kvartsista (H=7) ja ei itse naarmuttanut kvartsia. Silloin sen kovuuden on oltava pienempi kuin kvartsin mutta suurempi kuin maasälvän ( 6 < H < 7). Tämä arvo ilmaistaan usein muodossa 6½, joka tarkoittaa ”välillä” 6 ja 7.
Jos indeksi naarmuttaa tuntematonta, naarmuttaako tuntematon indeksiä? On tärkeää testata raapimista molempiin suuntiin. Tämä on ainoa tapa määrittää, onko tuntemattoman kovuus yhtä suuri vai pienempi kuin indeksimineraalin, jonka kovuus on suurempi.
Teoreettinen tausta
Kovuus on atomien ja/tai ionien välisen sidoksen voimakkuuden funktio. Kun molekyylin atomien välinen sidoslujuus (esim. vedyn ja hapen välinen sidoslujuus vedessä) on periaatteessa vakio, ionien (esim. Fe2+ ja (CO3)2-) välinen sidoslujuus vaihtelee riippuen ionien sähköstaattisesta varauksesta, niiden välisestä etäisyydestä ja pakkauskuviosta. Koska ionien tasojen välinen etäisyys on erilainen eri suuntiin, myös sidoksen lujuus on erilainen. Taso, jolla on suurin lujuus, on taso, jolla on suurin pistetiheys. Se on taso, jossa on eniten ioneja pienimmällä alueella. Timanttien kohdalla suurin pistetiheys ja taso, jolla on suurin kovuus, on oktaedrinen taso.
Yleisesti pienemmät ionit tuottavat kovempia mineraaleja. Karbonaattimineraalien kalsiitin Ca2+, magnesiitin Mg2+, sideriitin Fe2+ ja rodokrosiitin Mn2+ kationeilla (positiivisesti varautuneilla metalli-ioneilla) on kaikilla sama pakkautumiskuvio eli kiderakenne; ja sama sähköstaattinen varaus. Ne ovat lähes samankokoisia lukuun ottamatta kalsiumionia, joka on huomattavasti suurempi. Kalsiitin kovuus on 3, kun taas magnesiitin, sideriitin ja rodokrosiitin kovuus on 4.
Karbonaatilla, kalsiitilla, ja nitraatilla, nitraatilla, on sama pakkauskuvio (kiderakenne) ja suunnilleen samankokoiset ionit. Kalsiitin kalsium- ja karbonaatti-ionien varaus on kuitenkin kaksinkertainen nitratiinin natrium- ja nitraatti-ionien varaukseen verrattuna. Tämän vuoksi kalsiitin kalsium- ja karbonaatti-ionien välinen sähköstaattinen vetovoima on voimakkaampi kuin nitratiinin natrium- ja nitraatti-ionien välinen vetovoima. Kalsiitin kovuus, kuten olemme nähneet, on 3. Nitratiinin kovuus on 1½-2.
Ionien tiiviimpi pakkautuminen kiderakenteessa tuottaa suuremman kovuuden. Aragoniitti ja kalsiitti ovat molemmat kalsiumkarbonaattia, CaCO3. Kalsiitti kiteytyy trigonaaliseen kidejärjestelmään, aragoniitti orthorhombiseen järjestelmään; ja ionit ovat tiiviimmin pakattuja aragoniitissa kuin kalsiitissa . Kuten tiedätte, kalsiitin kovuus on 3. Aragoniitin kovuus on 3½ tai 4.
Mineraalit, joilla on kovalenttisia sidoksia atomien välillä, ovat yleensä kovempia kuin ne, joilla on ionisidoksia. Timantissa on hiiliatomien välisiä kovalenttisia sidoksia. Alkuperäisellä kuparilla on kupari-ionien välisiä ionisidoksia. Molemmat kiteytyvät isometriseen (kuutiomaiseen) järjestelmään. Vaikka kupari-ioni on huomattavasti suurempi kuin hiiliatomi, hiiliatomien välisen kovalenttisen sidoksen vahvuus on valtavasti suurempi kuin kupari-ionien välisten sähköstaattisten sidosten vahvuus.
Linkit ”Determining . . .” Sarja: How To
Mikä on mineraali? The Definition of a Mineral
Determining Color and Streak
Determining Gluste: Aloitteleville keräilijöille
Mineraalin kovuuden määrittäminen
Mineraalin ominaispainon määrittäminen
Kiteiden symmetrian määrittäminen: An Introduction
Determining Fracture and Cleavage in Minerals
Mason, Brian ja 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.
Vastaa