Az ásványok keménységét úgy határozzák meg, mint az ásványok relatív képességét, hogy ellenálljanak a karcolásnak vagy kopásnak. Az első kísérletet egy ásvány keménységének számszerűsítésére, amelyről feljegyzések állnak rendelkezésre, Friedrich Mohs német geológus és mineralógus tette 1812-ben. Kiválasztott 10 viszonylag gyakori ásványt, amelyek keménysége a leglágyabb ismert ásványtól, a talkumtól a legkeményebbig, a gyémántig terjedt. A Mohs-skálát amatőr és hivatásos mineralógusok,geológusok és gyűjtők használják. A Mohs-skála és annak alkalmazása az ásványok tulajdonságainak vizsgálatára ennek a cikknek a tárgya.
A fémkohászok a behatolási keménységet (Vickers, Knoop stb.) használják, amelyet úgy kapnak meg, hogy egy gyémánthegyet nyomnak egy sík felületbe ismert terhelés alatt, és mérik a behatolás területét. Az ásványtani szakdolgozatok gyakran közlik az ásványokra alkalmazott Vickers-keménységet, amely esetben a kristályok deformációjának keménységét tekintik.
Mohs egy egytől tízig terjedő ordinális skálát talált ki, ahol minden számjegyet egy adott ásványfaj keménysége határoz meg. Bár ezek jó közelítések, az ordinális értékek közötti abszolút keménységkülönbségek nem egyenlőek. A Knoop-skálával összehasonlítva minden egyes egymást követő index-ásvány 1,2-2,7-szer keményebb, mint az előző. Az egyetlen jelentős kivétel a korund és a gyémánt keménysége között van. A gyémánt majdnem ötször olyan kemény, mint a korund.
|
A Mohs-féle ásványkeménységi skála |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Mivel a Mohs-skála ordinális skála, nincsenek köztes értékek. Ennek ellenére gyakran találkozhatunk olyan értékekkel, mint 3½ vagy 5½. Ezek a jelölések nem azt jelentik, hogy a keménység a 3 és a 4, illetve az 5 és a 6 között félúton van. Ehelyett a gyűjtő vagy mineralógus azt mondja, hogy a keménység nagyobb, mint 3, de kisebb, mint 4; vagy hasonlóan, nagyobb, mint 5, de kisebb, mint 6. Nem szabad megpróbálni ennél finomabb mértéket megadni, mivel az értelmetlen. Finom dolog, de a 8 és 9 közötti keménységet 8½-nek kell írni, nem pedig 8,5-nek. A tizedes tört folyamatos tartományra utal, nem pedig a diszkrét ordinális értékekre.
Szükséges eszközök
Keménységindex ásványok készletét meg lehet vásárolni, de a legtöbb olyan általános, hogy saját készletet is össze lehet állítani. Ideális esetben minden darabnak körülbelül 2 x 2 x 2 x 3 cm méretűnek kell lennie. A hasadófelületek ideálisak a karcolásokhoz, a sarkokból jó karcolásokat készíteni, így a hasadótömbök kiválóak, ha lehetséges. Ha nem lehetséges, válasszon kristályt. Csak az első kilenc index ásványra van szükség, mert tudod, hogy a gyémánt minden más ásványt megkarcol. Egy kilenc rekeszre osztott kis doboz hasznos tárolást biztosít.
Megvásárolható egy készlet ceruzaszerű, hegyes hegyű tartókészlet, mindegyikben egy-egy Mohs-féle ásvány található. Ezek kiválóan alkalmasak egy ismeretlen próbakarcolására, de mint később tárgyaljuk, azt is ki kell deríteni, hogy az ismeretlen ásvány képes-e karcolni az index ásványt. Ez néhány hegykészlettel nem lehetséges. A MineralLabs keménységi pontok és tesztfelületek készlete lehetővé teszi a teljes protokollt. A pontok foglalatai acél ceruza típusú tartók, és a pontok szükség szerinti újraélezéséhez karborundum élezőkövet mellékelnek. A pontok egyike sem ásványi anyag. A gipszet azonos keménységű műanyaggal helyettesítik. A kalcitot rézzel. A 4-9. pontok mind acélötvözetek, amelyek keménysége megfelel az általuk helyettesített ásványi anyagoknak. A pontok hasznosak, különösen kis példányok esetében.
Közeli közelítéshez egy zsebkés (H=5-5½), egy rézhuzal (H=3), egy kvarcszilánk (H=7), egy kis darab rézlemez (H=3), egy négyzet alakú ablaküveg (H=6½) és egy fényes acél sárvédő alátét (H=5) is megteszi. Egy másik, ami mindig nálad van, a körmöd (H=2-2½). Használata a pontok vagy a keménységmérő készlet használata előtt megkíméli az utóbbiak kopását. Hátránya, hogy a becslés finomításakor a keménységkészlethez fordulva egy második karcolás készítése szükséges.
Karcolás &megfigyelés
A nemrég megszerzett, értékes példányon a karcolás helyének kiválasztásakor válasszon egy viszonylag sima, de nem feltűnő felületet, lehetőleg a darab hátulján vagy alján. Nem akar egy nagyszerű kristályfelületet egy csúnya heggel elcsúfítani.
Ha fogalma sincs arról, hogy milyen keménységű lehet, kezdje a közepén… próbálja meg az 5-öst. Itt jól jön egy zsebkés, egy kis hosszúságú rézdrót stb. Ezek segítségével meg tudod találni a hozzávetőleges értéket anélkül, hogy erodálnád a jobb szerszámaidat.
A karcolás készítésekor csak körülbelül 3 mm-re húzza a pontot. És használjon nagyítót. Egy 3 mm-es karcolás ugyanolyan könnyen észrevehető, mint egy 3 cm-es karcolás. Eleinte enyhe nyomást alkalmazzon, de ha ez nem eredményez hatást, növelje a nyomást határozottra. Miután a “karcolás” elkészült, törölje le az ujjával vagy egy vattapamaccsal, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a jel valóban egy karcolás, amely bevágja a felületet, és nem csupán egy krétafolt van rajta. Ha lehetséges, húzza végig a körmét a karcoláson, hogy felfedezze, hogy az egy bemetszett karcolás vagy csupán egy maradék jel.
A tollak (hegyek) használatakor tartsa a tollat körülbelül 45o – 60o -os szögben az ásvány felületéhez, és húzza maga felé.
Ha az apatit (H=5) hegye nem karcolja meg a mintát, próbálkozzon földpáttal (H=6). Ha a földpát nem karcolja meg a mintát, próbálkozzunk kvarccal (H=7). Ha a kvarc karcolást eredményez, akkor fontos, hogy a kvarcot egy nem feltűnő ponttal próbálja meg karcolni a mintán.
Míg a legtöbb ásvány keménysége minden irányban nagyon közel azonos, kis különbségek mégis léteznek. Ezért, ha a mintadarabod megengedi, anélkül, hogy elrontanád, próbálj meg karcolásokat különböző irányokban (a kristály hosszában és keresztben). A különböző keménységű ásványok közül a legismertebb a kyanit. A keménysége a kristály hosszával párhuzamosan 5½, míg a hosszára merőlegesen 7. A gyémántoknál az oktaéderes felület a legkeményebb, és az irány szerinti keménységkülönbségek nélkül nem lehetne gyémántot vágni.
Eredmények értelmezése
Tegyük fel, hogy az Ön ismeretlen ásványmintáját nem karcolta meg a földpát (H=6), megkarcolta a kvarc (H=7), és maga karcolta meg a kvarcot. Akkor az ismeretlen ásvány keménységének meg kell egyeznie a kvarc keménységével; vagy H=7.
Ha az ismeretlen mintádat nem karcolta meg a földpát (H=6), megkarcolta a kvarc (H=7), és ő maga nem karcolta meg a kvarcot. Akkor a keménysége kisebb kell, hogy legyen, mint a kvarcé, de nagyobb, mint a földpáté ( 6 < H < 7). Ezt az értéket gyakran 6½-ként fejezik ki, ami azt jelenti, hogy “6 és 7 között”.
Ha az index karcolja az ismeretlent, akkor az ismeretlen karcolja-e az indexet? Fontos, hogy a karcolást mindkét irányban teszteljük. Csak így lehet megállapítani, hogy az ismeretlen keménysége megegyezik-e a nagyobb keménységű indexásványéval, vagy kisebb annál.
elméleti háttér
A keménység az atomok és/vagy ionok közötti kötéserősség függvénye. Míg egy molekulában az atomok közötti kötéserősség (pl. a vízben a hidrogén és az oxigén között) lényegében állandó, addig az ionok (pl. Fe2+ és (CO3)2-) közötti kötéserősség az ionok elektrosztatikus töltésétől, a köztük lévő távolságtól és a csomagolási mintától függően változik. Mivel az ionok síkjai közötti távolság a különböző irányokban különböző, így a kötéserősség is eltérő. A maximális keménységű sík a legnagyobb pontsűrűségű sík. Vagyis az a sík, ahol a legkisebb területen a legtöbb ion található. A gyémántok esetében a legnagyobb pontsűrűségű és a legnagyobb keménységű sík az oktaéderes sík.
A kisebb ionok általában keményebb ásványokat eredményeznek. A karbonátásványok kationjai (pozitív töltésű fémionok) a kalcit Ca2+, a magnezit Mg2+, a sziderit Fe2+ és a rodochrocit Mn2+ kationjai mind azonos pakolási mintázattal, vagyis kristályszerkezettel rendelkeznek; és azonos elektrosztatikus töltéssel. Közel azonos méretűek, kivéve a kalciumiont, amely lényegesen nagyobb. A kalcit keménysége 3, míg a magnezit, a sziderit és a rodokrozit keménysége 4.
A karbonátnak, a kalcitnak és a nitrátnak, a nitrátnak ugyanaz a pakolási mintázata (kristályszerkezete) és nagyjából azonos méretű ionjai vannak. A kalcitban lévő kalcium- és karbonátionok töltése azonban kétszer akkora, mint a nitrátban lévő nátrium- és nitrátionoké. Ezáltal a kalcitban lévő kalcium- és karbonátionok közötti elektrosztatikus vonzás erősebb, mint a nitrátban lévő nátrium- és nitrátionok közötti vonzás. A kalcit keménysége, mint láttuk, 3. A nitrátin keménysége 1½-2.
Az ionok szorosabb elrendeződése a kristályszerkezetben nagyobb keménységet eredményez. Az aragonit és a kalcit egyaránt kalcium-karbonát, CaCO3. A kalcit trigonális kristályrendszerben, az aragonit pedig orthorombikus rendszerben kristályosodik; és az ionok az aragonit esetében szorosabban helyezkednek el, mint a kalcit esetében. A kalcit keménysége, mint tudjuk, 3, az aragonité 3½ vagy 4.
Az atomok közötti kovalens kötéssel rendelkező ásványok általában keményebbek, mint az ionos kötéssel rendelkezők. A gyémántnak kovalens kötései vannak a szénatomok között. A natív réz ionos kötésekkel rendelkezik a rézionok között. Mindkettő izometrikus (köbös) rendszerben kristályosodik. Bár a rézion lényegesen nagyobb, mint a szénatom, a szénatomok közötti kovalens kötés erőssége óriási mértékben nagyobb, mint a rézionok közötti elektrosztatikus kötéseké.
Linkek a “Determining . . . .” Sorozat: Hogyan
Mi az ásvány? Az ásvány definíciója
A szín és a csíkok meghatározása
A csillogás meghatározása: Kezdő gyűjtők számára
Az ásvány keménységének meghatározása
Az ásvány fajsúlyának meghatározása
A kristályok szimmetriájának meghatározása: 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 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.
Vélemény, hozzászólás?