Determinarea durității unui mineral

Mohs Hardness Set

Duritatea unui mineral este definită ca fiind capacitatea relativă a unui mineral de a rezista la zgârieturi sau abraziune. Prima încercare de a cuantifica duritatea unui mineral pentru care există vreo înregistrare a fost făcută în 1812 de Friedrich Mohs, un geolog și mineralogist german. El a ales 10 minerale relativ comune, a căror duritate varia de la cel mai moale mineral cunoscut, talcul, până la cel mai dur, diamantul. Scala Mohs este folosită de mineralogiști amatori și profesioniști,geologi și colecționari. Scara Mohs și aplicarea sa la testarea proprietăților minerale reprezintă subiectul acestui articol.
Metaliștii folosesc o duritate de penetrare (Vickers, Knoop etc.) care se obține prin apăsarea unui vârf de diamant pe o suprafață plană sub o sarcină cunoscută și măsurarea ariei de indentare. Lucrările profesionale de mineralogie raportează adesea duritatea Vickers aplicată mineralelor, caz în care este considerată a fi duritatea de deformare a cristalelor.
Mohs a inventat o scală ordinală, de la unu la zece, fiecare cifră fiind definită de duritatea unei anumite specii minerale. Deși sunt bune aproximări, diferențele absolute de duritate între valorile ordinale nu sunt egale. În comparație cu scara Knoop, fiecare mineral index succesiv este de 1,2 până la 2,7 ori mai dur decât cel precedent. Singura excepție majoră este între duritatea corindonului și cea a diamantului. Diamantul este de aproape cinci ori mai dur decât corindonul.

Din moment ce scara Mohs este o scală ordinală, nu există valori intermediare. Acestea fiind spuse, veți vedea adesea valori precum 3½, sau 5½. Astfel de desemnări nu înseamnă că duritatea se află la jumătatea distanței dintre 3 și 4 sau 5 și 6. În schimb, colecționarul sau mineralogistul spune că duritatea este mai mare decât 3, dar mai mică decât 4; sau, în mod similar, mai mare decât 5, dar mai mică decât 6. Nu ar trebui să încercați să precizați o măsurătoare mai fină, deoarece este lipsită de sens. Este o precizare fină, dar o duritate între 8 și 9 ar trebui să fie scrisă ca 8½ și nu ca 8,5. Fracția zecimală implică un interval continuu, mai degrabă decât valorile ordinale discrete.

Unelte de care veți avea nevoie

Un set de minerale de indice de duritate poate fi achiziționat, dar majoritatea sunt atât de comune încât vă puteți construi propriul set. În mod ideal, fiecare piesă ar trebui să aibă o dimensiune de aproximativ 2 x 2 x 3 cm. Fețele de clivaj sunt ideale pentru a zgâria, colțurile sunt bune pentru a produce zgârieturi, astfel încât blocurile de clivaj sunt excelente atunci când este posibil. Când nu sunt, alegeți un cristal. Doar primele nouă minerale de indice sunt necesare pentru că știți că un diamant va zgâria toate celelalte minerale. O cutie mică împărțită în nouă compartimente oferă o depozitare utilă.

Se poate achiziționa un set de suporturi tip creion cu vârfuri ascuțite, fiecare cu unul dintre mineralele Mohs. Acestea sunt excelente pentru a testa zgârierea unei necunoscute, dar, așa cum se va discuta mai târziu, este necesar să se descopere, de asemenea, dacă mineralul necunoscut poate zgâria mineralul index. Acest lucru nu este posibil cu unele seturi de vârfuri. Setul de vârfuri de duritate și suprafețe de testare de la MineralLabs permite realizarea protocolului complet. Suporturile vârfurilor sunt suporturi din oțel de tip creion, iar o piatră de ascuțit cu carborundum este furnizată pentru reascuțirea vârfurilor la nevoie. Niciuna dintre vârfuri nu este minerală. Gipsul este înlocuit cu un material plastic de aceeași duritate. Calcita cu cupru. Punctele de la 4 la 9 sunt toate aliaje de oțel cu duritatea corectă pentru a fi egale cu mineralele pe care le înlocuiesc. Punctele sunt utile, în special cu specimene mici.
Pentru aproximări apropiate sunt suficiente un briceag de buzunar (H=5 până la 5½), o lungime de sârmă de cupru (H=3), un ciob de cuarț (H=7), o bucată mică de tablă de cupru (H=3), un pătrat de sticlă de fereastră (H=6½) și o șaibă de aripă din oțel strălucitor (H=5). O alta pe care o aveți mereu la dumneavoastră este unghia de la degetul dumneavoastră (H=2 până la 2½). Folosirea acestora înainte de a folosi vârfurile sau setul de duritate economisește uzura celor din urmă. Dezavantajul este că, în rafinarea estimării, trecerea la un set de duritate necesită realizarea unei a doua zgârieturi.

Facerea &Observarea unei zgârieturi

Când alegeți un loc pentru a face o zgârietură pe specimenul valoros, recent achiziționat, alegeți o suprafață destul de netedă, dar puțin vizibilă, de preferință pe spatele sau pe partea inferioară a piesei. Nu doriți să stricați o minunată față de cristal cu o cicatrice urâtă.
Dacă nu aveți nicio idee despre care ar putea fi duritatea, începeți de la mijloc … … încercați 5. Aici este locul unde un briceag, o mică lungime de sârmă de cupru, etc., este la îndemână. Acestea vă permit să găsiți valoarea aproximativă fără să vă erodați uneltele mai bune.
În realizarea zgârieturii, desenați punctul doar pentru aproximativ 3 mm. Și folosiți o lupă. O zgârietură de 3 mm este la fel de ușor de văzut ca o zgârietură de 3 cm. La început, folosiți o presiune ușoară, dar dacă aceasta nu produce niciun efect, creșteți la o presiune fermă. După ce ați făcut „zgârietura”, ștergeți-o cu degetul sau cu un tampon de bumbac pentru a vă asigura că semnul este de fapt o zgârietură care incizează suprafața, și nu este doar o simplă urmă de cretă pe ea. Dacă este posibil, trageți cu unghia peste zgârietură pentru a descoperi dacă este o zgârietură incizată sau doar o urmă reziduală.

Când folosiți stilouri (vârfuri), țineți stiloul la un unghi de aproximativ 45o până la 60o față de suprafața mineralului și trageți-l spre dumneavoastră.
Dacă un vârf pe apatită (H=5) nu vă zgârie specimenul, încercați cu feldspat (H=6). Dacă feldspatul nu vă zgârie proba, încercați cuarțul (H=7). Dacă cuarțul produce o zgârietură, atunci este important să încercați să zgâriați cuarțul cu un punct discret de pe eșantionul dumneavoastră.
În timp ce duritatea majorității mineralelor este foarte aproape aceeași în toate direcțiile, există mici diferențe. Astfel, dacă specimenul dvs. permite, fără a-l desfigura, încercați zgârieturi în direcții diferite (pe lungimea cristalului și transversal). Cel mai bine cunoscut mineral pentru duritatea diferențială este kyanitul. Duritatea sa paralelă cu lungimea cristalului este de 5½, în timp ce perpendicular pe lungime duritatea este de 7. În cazul diamantelor, suprafața octaedrică este cea mai dură și fără diferențe de duritate direcțională un diamant nu ar putea fi tăiat.

Interpretarea rezultatelor

Să spunem că specimenul dvs. de mineral necunoscut nu a fost zgâriat de feldspat (H=6), a fost zgâriat de cuarț (H=7) și a zgâriat el însuși cuarțul. Atunci necunoscutul trebuie să aibă o duritate egală cu cea a cuarțului; sau H=7.
Dacă specimenul dvs. necunoscut nu a fost zgâriat de feldspat (H=6), a fost zgâriat de cuarț (H=7) și nu a zgâriat el însuși cuarțul. Atunci duritatea sa trebuie să fie mai mică decât cea a cuarțului, dar mai mare decât cea a feldspatului ( 6 < H < 7). Această valoare este exprimată adesea ca 6½, ceea ce înseamnă „între” 6 și 7.
Dacă indicele zgârie necunoscutul, necunoscutul zgârie indicele? Este important să se testeze zgârierea în ambele sensuri. Acesta este singurul mod în care puteți determina dacă duritatea necunoscutei este egală sau mai mică decât cea a mineralului index care are duritatea cea mai mare.

Bazele teoretice

Duritatea este o funcție a rezistenței legăturii dintre atomi și/sau ioni. În timp ce rezistența legăturii dintre atomii dintr-o moleculă (de exemplu, dintre hidrogen și oxigen în apă) este în esență constantă, rezistența legăturii dintre ioni (de exemplu, Fe2+ și (CO3)2-) variază în funcție de sarcina electrostatică a ionilor, de distanța dintre ei și de modelul de împachetare. Deoarece distanța dintre planurile ionilor este diferită în direcții diferite, la fel este și rezistența legăturii. Planul cu duritate maximă este planul cu cea mai mare densitate de puncte. Adică planul cu cel mai mare număr de ioni în cea mai mică suprafață. În cazul diamantelor, cea mai mare densitate punctiformă și planul cu duritate maximă este planul octaedric.

În general, ionii mai mici produc minerale mai dure. Cationii (ioni metalici încărcați pozitiv) din mineralele carbonatice calcite Ca2+, magnezit Mg2+, siderit Fe2+ și rodocroit Mn2+ au toți același model de împachetare, sau structură cristalină; și aceeași sarcină electrostatică. Acestea au aproape aceeași dimensiune, cu excepția ionului de calciu, care este semnificativ mai mare. Calcita are o duritate de 3, în timp ce magnezitul, sideritul și rodocrositul au o duritate de 4.
Carbonatul, calcita, și nitratul, nitratina, au același model de împachetare (structură cristalină) și aproximativ aceeași dimensiune a ionilor. Cu toate acestea, sarcina ionilor de calciu și carbonat din calcite este de două ori mai mare decât cea a ionilor de sodiu și nitrat din nitratină. Acest lucru face ca atracția electrostatică dintre ionii de calciu și carbonat din calcite să fie mai puternică decât atracția dintre ionii de sodiu și nitrat din nitratină. Duritatea calcitului, după cum am văzut, este de 3. Duritatea nitratinei este de 1½ până la 2.
O împachetare mai strânsă a ionilor în structura cristalină produce o duritate mai mare. Aragonitul și calcitul sunt ambele carbonat de calciu, CaCO3. Calcitul cristalizează în sistemul cristalin trigonal, iar aragonitul în sistemul ortorombic; și, ionii sunt mai strâns împachetați pentru aragonit decât pentru calcite . Duritatea calcitului, după cum știți, este 3. Cea a aragonitului este 3½ sau 4.
Mineralele cu legături covalente între atomi sunt, în general, mai dure decât cele cu legături ionice. Diamantul are legături covalente între atomii de carbon. Cuprul nativ are legături ionice între ionii de cupru. Ambele cristalizează în sistemul izometric (cubic). Deși ionul de cupru este considerabil mai mare decât atomul de carbon, puterea legăturii covalente dintre atomii de carbon este enorm de mare decât cea a legăturilor electrostatice dintre ionii de cupru.
Links to the „Determinarea …” Series: Cum să
Ce este un mineral? Definiția unui mineral
Determinarea culorii și a striațiilor
Determinarea luciu: Pentru colecționarii începători
Determinarea durității unui mineral
Determinarea densității specifice a unui mineral
Determinarea simetriei cristalelor: An Introduction
Determining Fracture and Cleavage in Minerals

Mason, Brian și 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.

Atribuire

.