Mineral Hardnessとは、鉱物が引っ掻きや擦り傷に抵抗する相対的能力のことであると定義されています。 鉱物の硬度を数値化する最初の試みは、1812年にドイツの地質学者・鉱物学者であるフリードリヒ・モースによってなされました。 モースは、最も軟らかいタルクから最も硬いダイヤモンドまで、比較的一般的な10種類の鉱物を選び、その硬度を測定した。 モース硬度計は、アマチュアやプロの鉱物学者、地質学者、コレクターに利用されています。 この記事の主題は、モース硬度計とその鉱物特性試験への応用です。
冶金学では、ダイヤモンドの先端を平らな面に押し付け、既知の荷重をかけてへこんだ面積を測定して得られる浸透硬度（ビッカース、ヌープなど）を用います。 鉱物学の専門論文では、鉱物に適用したビッカース硬度を報告することが多く、その場合、結晶変形の硬度とみなされる。
モースは1～10の序数を考案し、各数字は特定の鉱物種の硬度として定義されている。 近似値ではあるが、序数間の硬度の絶対的な差は等しくない。 ヌープ硬度計と比較すると、インデックスミネラルの硬度は1.2倍から2.7倍となります。 ただし、コランダムとダイヤモンドの硬度だけは例外です。 ダイヤモンドはコランダムのほぼ5倍の硬度があります。
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The Mohs Scale of Mineral Hardness |
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モース硬度計は序数なので、中間値は存在しない。 そのため、3½や5½といった値をよく見かけます。 これは、硬度が3と4、5と6の中間であることを意味するものではありません。 これより細かい数値は意味がないので、記載しないほうがよいでしょう。 細かいことですが、8と9の間の硬度は、8.5と書かず、8.5と書くべきでしょう。 小数は、離散的な序数ではなく、連続的な範囲を意味します。
必要な道具
指数鉱物の硬度セットは購入できますが、ほとんどは一般的なので、自分でセットを組み立てることができます。 1枚の大きさは2×2×3cm程度が理想的です。 谷間面は傷をつけるのに理想的、角は傷を出すのに良いので、可能であれば谷間ブロックが優れています。 そうでないときは、水晶を選びます。 ダイヤモンドが他のすべての鉱物に傷をつけることを知っているため、最初の9つの指標鉱物だけが必要です。 9つに仕切られた小箱があると便利です。
先端が尖った鉛筆のようなホルダーに、モース鉱物を1つずつセットしたものを購入することができます。 未知の鉱物を引っ掻くには最適ですが、後述するように、未知の鉱物が指標となる鉱物を引っ掻けるかどうかも調べる必要があります。 これは、いくつかのポイントセットでは不可能です。 ミネラルラボの硬度計とテストサーフェスのセットは、このプロトコルをすべて可能にします。 硬度計のマウントはスチール製のペンシル型ホルダーで、必要に応じて硬度計を研ぎ直すためのカーボランダム砥石が付属しています。 どのポイントも鉱物ではありません。 石膏は、同じ硬さのプラスチックに置き換えられています。 石膏は同じ硬さのプラスチックに、方解石は銅に置き換えています。 4から9のポイントは、すべて鉱物と同等の硬度を持つ合金鋼です。 4232＞近似値としては、ポケットナイフ（H=5～5½）、銅線の長さ（H=3）、石英の破片（H=7）、銅板の小片（H=3）、窓ガラスの四角（H=6½）、明るい鋼のフェンダーワッシャー（H=5）などがあります。 また、いつも持っている爪（H=2〜2½）でもよい。 ポイントや硬度計を使う前にこれを使えば、硬度計の消耗を防ぐことができる。
傷をつける & 傷の観察
最近入手した貴重な標本に傷をつける場所を選ぶとき、できれば標本の裏か底で、かなり滑らかだが目立たない面を選ぶとよいだろう。 せっかくのクリスタル・フェイスに醜い傷をつけたくはないでしょう。
もし、硬度がどのくらいか見当がつかない場合は、真ん中から始めてください。 ここで、ポケットナイフや銅線の長さなどがあると便利です。 道具を痛めることなく、おおよその値を知ることができます。
傷をつけるときは、3mm程度しかポイントを引きません。 そして拡大鏡を使いましょう。 3mmの傷は3cmの傷と同じように見やすいものです。 最初は軽く押してみて、効果がなければ強く押してください。 傷がついたら、指や綿棒で拭き、その跡が単なるカルキではなく、表面を切り取った傷であることを確認します。 また、可能であれば、爪で傷を描いてみて、切り込んだ傷なのか、単に跡が残っているのかを確認してください。
スタイラス（ポイント）を使うときは、鉱物の表面に対して約45度から60度の角度でスタイラスを持ち、自分の方に引き寄せます。
アパタイト（H=5）のポイントで試料に傷がつかない場合、長石（H=6）を試してみてください。 長石で傷がつかなければ、石英(H=7)を試してみてください。 石英で傷がついたら、試料の目立たないところで傷をつけることが大切です。
ほとんどの鉱物の硬度は、どの方向から見てもほとんど同じですが、わずかな差は存在します。
ほとんどの鉱物は、どの方向から見てもほとんど同じ硬さですが、わずかな違いはあります。 硬度差のある鉱物として最もよく知られているのはカイヤナイトです。 ダイヤモンドの場合、八面体の表面が最も硬く、方向の硬度の違いがなければダイヤモンドは切れません。
結果の解釈
あなたの未知の鉱物標本が長石では傷がつかず (H=6)、水晶では傷がつき (H=7)、水晶では傷がついたとしましょう。
あなたの未知の鉱物が、長石で傷がつかず(H=6)、石英で傷がつき(H=7)、石英自体で傷がつかなかったとします。 この場合、その硬度は石英より小さく、長石より大きい( 6 < H < 7)はずである。 この値は6と7の「間」という意味で6½と表現されることが多いです。
インデックスが未知物質を引っ掻いた場合、未知物質はインデックスを引っ掻くのでしょうか？ 両方の方法でスクラッチをテストすることが重要です。 これは、未知の鉱物の硬度が、より大きな硬度を持つインデックスの鉱物と同じか、それ以下かを判断する唯一の方法です。
理論的背景
硬度は原子やイオン間の結合力の関数である。 分子内の原子間（例えば水中の水素と酸素間）の結合強度は基本的に一定であるが、イオン間（例えばFe2+と（CO3）2-）の結合強度はイオン上の静電気、イオン間の距離、パッキングパターンに依存して変化する。 イオンの平面間の距離は方向によって異なるため、結合強度も異なる。 硬度が最大となる面は、点密度が最も高い面である。 つまり、最小の面積に最大数のイオンが存在する面です。 ダイヤモンドの場合、点密度が最も高く、硬度が最も高い面は八面体面である
一般に、イオンが小さいほど硬い鉱物になる。 炭酸塩鉱物のカルサイトCa2+、マグネサイトMg2+、シデライトFe2+、ロードクロサイトMn2+の陽イオン（正電荷の金属イオン）はすべて同じパッキングパターン（結晶構造）を持ち、同じ静電気を帯びている。 大きさもほぼ同じですが、カルシウムイオンはかなり大きくなっています。 炭酸塩の方解石と硝酸塩のニトロチンは、同じ充填パターン（結晶構造）で、ほぼ同じ大きさのイオンを持っています。 しかし、方解石中のカルシウムイオンと炭酸イオンの電荷は、ニトラチン中のナトリウムイオンと硝酸イオンの電荷の2倍である。 このため、方解石中のカルシウムイオンと炭酸イオンの間の静電引力は、ニトロチンのナトリウムイオンと硝酸イオンの間の引力より強くなっています。 カルサイトの硬度は3ですが、ニトラチンの硬度は1.5～2です。
結晶構造中のイオンのパッキングが密なほど硬度が高くなります。 アラゴナイトとカルサイトはともに炭酸カルシウム、CaCO3である。 カルサイトは三角晶系、アラゴナイトは斜方晶系で結晶し、アラゴナイトの方がカルサイトよりイオンが密に詰まっている。 一般に、原子間に共有結合を持つ鉱物は、イオン結合を持つ鉱物よりも硬くなります。 ダイヤモンドは炭素原子間の共有結合がある。 銅は銅イオン同士がイオン結合している。 どちらも等方性（立方体）結晶です。 銅イオンは炭素原子よりかなり大きいのですが、炭素原子間の共有結合の強さは銅イオン間の静電結合の強さよりはるかに大きいのです。
“決定する” へのリンク シリーズ。 ハウツー
鉱物って何？ 鉱物の定義
色と筋を見極める
光沢を見極める。 初心者のために
鉱物の硬度を調べる
鉱物の比重を調べる
結晶の対称性を調べる。 An Introduction
Determining Fracture and Cleavage in Minerals
Mason, Brian and Berry, L.G. (1968年) Elements of Mineralogy. W. H. Freeman and Company, San Francisco.
Peck, Donald B (2007) Mineral Identification: A Practical Guide for the Amateur Mineralogist（アマチュア鉱物学者のための実用ガイド）. The Mineralogical Record, Tucson Arizona.
Pough, Frederick H, (1996) A Field Guide to Rocks and Minerals.The Mineralogical Record, Tucson Arizona.
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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.
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