Dureza Mineral é definida como a capacidade relativa de um mineral de resistir a arranhões ou abrasão. A primeira tentativa de quantificar a dureza de um mineral para o qual existe qualquer registo foi feita em 1812 por Friedrich Mohs, um geólogo e mineralogista alemão. Ele escolheu 10 minerais relativamente comuns que variavam em dureza desde o mineral mais mole conhecido, o talco, até o mais duro, o diamante. A Escala Mohs é utilizada por mineralogistas amadores e profissionais, geólogos e colecionadores. A Escala Mohs e sua aplicação em testes de propriedades minerais é o tema deste artigo.
Os metalúrgicos usam uma dureza de penetração (Vickers, Knoop, etc.) que é obtida pressionando uma ponta de diamante em uma superfície plana sob uma carga conhecida e medindo a área de indentação. Trabalhos profissionais em mineralogia frequentemente relatam a dureza Vickers aplicada a minerais, sendo neste caso considerada a dureza da deformação cristalina.
Mohs inventaram uma escala ordinal, de um a dez, com cada numeral definido pela dureza de uma espécie mineral especificada. Embora sejam boas aproximações, as diferenças absolutas de dureza entre os valores ordinais não são iguais. Quando comparada com a Escala Knoop, cada Mineral de Índice sucessivo é 1,2 a 2,7 vezes mais duro do que a anterior. A única grande exceção é entre a dureza do coríndon e do diamante. O diamante é quase cinco vezes mais duro do que o coríndon.
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A Escala Mohs de Dureza Mineral |
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Desde que a Escala de Mohs é uma escala ordinal, não existem valores intermédios. Dito isto, você verá frequentemente valores como 3½, ou 5½. Tais designações não significam que a dureza esteja a meio caminho entre 3 e 4 ou 5 e 6. Em vez disso, o colecionador ou mineralogista está dizendo que a dureza é maior que 3 mas menor que 4; ou similarmente, maior que 5 mas menor que 6. Você não deve tentar declarar qualquer medida mais fina, pois é sem sentido. É um bom ponto, mas uma dureza entre 8 e 9 deve ser escrita como 8½ e não como 8.5. A fração decimal implica um intervalo contínuo ao invés dos valores ordinais discretos.
Ferramentas que você precisará
Um conjunto de minerais índice de dureza pode ser adquirido, mas a maioria é tão comum que você pode construir seu próprio conjunto. Idealmente, cada peça deve ter aproximadamente 2 x 2 x 3 cm de tamanho. As faces de clivagem são ideais para arranhar, os cantos são bons para produzir riscos, por isso os blocos de clivagem são excelentes quando possível. Quando não são, escolha um cristal. Apenas os primeiros nove minerais índice são necessários para que você saiba que um diamante vai arranhar todos os outros minerais. Uma pequena caixa dividida em nove compartimentos proporciona um armazenamento útil.
Um conjunto de suportes semelhantes a lápis com pontas afiadas, cada um com um dos minerais Mohs, pode ser adquirido. Eles são excelentes para testar o risco de um desconhecido, mas, como será discutido mais tarde, é necessário também descobrir se o mineral desconhecido pode riscar o mineral índice. Isso não é possível com alguns conjuntos de pontos. O conjunto de pontos de dureza e as superfícies de teste do MineralLabs permitem o protocolo completo. Os suportes dos pontos são suportes do tipo lápis de aço e uma pedra de afiar carborundum é fornecida para a afiar novamente os pontos, conforme necessário. Nenhum dos pontos é mineral. O gesso é substituído por um plástico com a mesma dureza. Calcite por cobre. Os pontos 4 a 9 são todos de ligas de aço da dureza correta para igualar os minerais que eles substituem. Os pontos são úteis, particularmente com amostras pequenas.
Para aproximações próximas um canivete (H=5 a 5½), um comprimento de fio de cobre (H=3), um pedaço de quartzo (H=7), um pequeno pedaço de chapa de cobre (H=3), um quadrado se vidro de janela (H=6½), e uma arruela de pára-lamas de aço brilhante (H=5) serve. Outro que você sempre tem com você é sua unha (H=2 a 2½). O uso delas antes de usar o conjunto de pontos ou dureza poupa o desgaste deste último. A desvantagem é que, para refinar a sua estimativa, virar-se para um conjunto de dureza requer fazer um segundo risco.
Fazer & Observar um risco
Quando escolher um local para fazer um risco no seu exemplar recentemente adquirido e valioso, escolha uma superfície bastante lisa mas discreta, de preferência no verso ou no fundo da peça. Você não quer estragar um grande rosto de cristal com uma cicatriz feia.
Se você não tem idéia de qual pode ser a dureza, comece no meio . . . tente 5. Aqui é onde um canivete, um pequeno comprimento de fio de cobre, etc., é útil. Eles permitem que você encontre o valor aproximado sem desgastar suas melhores ferramentas.
Ao fazer o arranhão, desenhe o ponto por apenas cerca de 3 mm. E use uma lupa. Um arranhão de 3 mm é tão fácil de ver como um arranhão de 3 cm. No início, use uma pressão leve, mas se isso não produzir nenhum efeito, aumente para uma pressão firme. Depois de fazer o “arranhão”, limpe-o com o dedo ou com um cotonete para ter a certeza de que a marca é de facto um arranhão que incide na superfície, e não é apenas uma marca gessada. Se possível, desenhe a unha sobre o arranhão para descobrir se é um arranhão incisivo ou apenas uma marca residual.
Quando usar pontas (pontos), mantenha as pontas num ângulo de aproximadamente 45o a 60o com a superfície mineral e desenhe-a na sua direcção.
Se um ponto no apatite (H=5) não risca a sua amostra, tente feldspato (H=6). Se o feldspato não riscar sua amostra, tente o quartzo (H=7). Se o quartzo produz um arranhão, então é importante tentar arranhar o quartzo com um ponto discreto em sua amostra.
Embora a dureza da maioria dos minerais seja quase a mesma em todas as direções, pequenas diferenças existem. Assim, se a sua amostra permitir, sem desfigurá-la, tente arranhar em diferentes direcções (longitudinalmente do cristal e transversalmente). O mineral mais conhecido pela dureza diferencial é o kyanite. Sua dureza paralela ao comprimento do cristal é 5½ enquanto perpendicular ao comprimento a dureza é 7. Com diamantes, a superfície octaédrica é a mais dura e sem diferenças na dureza direcional um diamante não poderia ser cortado.
Interpretando os Resultados
Deixe-nos dizer que seu espécime mineral desconhecido não foi riscado pelo feldspato (H=6), foi riscado pelo quartzo (H=7), e ele mesmo riscou o quartzo. Então o desconhecido deve ter uma dureza igual à do quartzo; ou H=7.
Se a sua amostra desconhecida não foi arranhada pelo feldspato (H=6), foi arranhada pelo quartzo (H=7), e não riscou o quartzo. Então sua dureza deve ser menor que quartzo, mas maior que feldspato ( 6 < H < 7). Este valor é expresso frequentemente como 6½, significando “entre” 6 e 7,
Se o índice risca o desconhecido, será que o desconhecido risca o índice? É importante testar o riscamento de ambas as maneiras. Esta é a única forma de determinar se a dureza do desconhecido é igual ou inferior à do mineral índice que tem a maior dureza.
Base teórica
Dureza é uma função da força de ligação entre átomos e/ou iões. Enquanto a força de ligação entre os átomos de uma molécula (por exemplo, entre hidrogênio e oxigênio na água) é essencialmente constante, a força de ligação entre íons (por exemplo, Fe2+ e (CO3)2-) varia dependendo da carga eletrostática sobre os íons, da distância entre eles e do padrão de embalagem. Como a distância entre os planos dos íons é diferente em diferentes direções, a resistência de ligação também é diferente. O plano com dureza máxima é o plano com a maior densidade de pontos. Esse é o plano com o maior número de íons na menor área. Para os diamantes, a maior densidade de pontos e o plano com a máxima dureza é o plano octaédrico.
Em geral, os iões mais pequenos produzem minerais mais duros. Os cátions (íons metálicos com carga positiva) dos minerais carbonato de cálcio Ca2+, magnesita Mg2+, siderite Fe2+ e rodocrocite Mn2+ têm todos o mesmo padrão de embalagem, ou estrutura cristalina; e a mesma carga eletrostática. Eles têm quase o mesmo tamanho, com exceção do íon de cálcio, que é significativamente maior. A calcita tem uma dureza de 3 enquanto a magnesita, siderite e rodocrosita têm uma dureza de 4,
O carbonato, calcita, e o nitrato, nitratina, têm o mesmo padrão de empacotamento (estrutura cristalina) e aproximadamente o mesmo tamanho de íons. Entretanto, a carga sobre os íons cálcio e carbonato em calcita é o dobro da carga sobre os íons sódio e nitrato em nitratina. Isto torna a atracção electrostática entre os iões de cálcio e carbonato em calcita mais forte do que a atracção entre os iões sódio e nitrato em nitratina. A dureza da calcite, como vimos, é de 3. A dureza da nitratina é de 1½ a 2,
Acondicionamento dos iões na estrutura cristalina produz uma dureza maior. Aragonite e calcita são ambos carbonato de cálcio, CaCO3. A calcita cristaliza no sistema de cristais trigonais, a aragonita no sistema ortopédico; e, os íons são embalados mais próximos para a aragonita do que para a calcita. A dureza da calcite, como você sabe, é 3. A da aragonite é 3½ ou 4.
Minerais com ligações covalentes entre átomos são geralmente mais duras do que aqueles com ligações iônicas. O diamante tem ligações covalentes entre os átomos de carbono. O cobre nativo tem ligações iónicas entre os átomos de cobre. Ambos se cristalizam no sistema isométrico (cúbico). Enquanto o íon de cobre é consideravelmente maior que o átomo de carbono, a força da ligação covalente entre átomos de carbono é enormemente maior que a das ligações eletrostáticas entre íons de cobre.
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Mason, Brian and Berry, L.G. (1968) Elementos de Mineralogia. W. H. Freeman and Company, San Francisco.
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