О свойствах минералов.
Векторные свойства.
Механические свойства.
Твердость минералов — типичное векторное свойство, контролируемое анизотропией кристаллического вещества. Твердость определяется как сопротивление тела механическому воздействию. В минералогии принята так называемая твердость царапанья, выражаемая в баллах, согласно 10-балльной минералогической шкале твердости, или шкале Мооса, включакщей 10 минералов — эталонов твердости (1 — минимальное, 10 — максимальное значение твердости):
1 — тальк 2 — гипс 3 — кальцит 4 — флюорит 5 — апатит 6 — ортоклаз 7 — кварц 8 — топаз 9 — корунд 10 — алмаз
Каждый последующий минерал царапает предыдущий; промежуточные значения твердости обычно оцениваются с точностью до 0,5 балла, но не точнее, чем до 0,25 балла, т.е. в справочниках можно встретить указания на твердость минералов, равную, скажем, 3,5 или 5,75. Минералы одинаковой твердости слабо царапают друг друга. Кроме этой качественной (но наиболее распространенной) оценки твердости применяются количественные измерения так называемой абсолютной, или микротвердости, осуществляемые в полированных шлифах под микроскопом, чаще всего методами Виккерса шш Бринелля (вдавливанием алмазной пирамид-ки-индентора или шарика из закаленной стали в поверхность образца под определенной нагрузкой). Абсолютная твердость измеряется в кгс/мм2; методы заимствованы минералогами из металлографии, где они широко применяются. Абсолютную твердость определяют также специальным прибором — склерометром, в котором индентором служит стальная или алмазная игла, царапающая минерал. Наконец, существует еще понятие твердости при шлифовке, или шлифовочной твердости, играющей важную роль не столько в минералогии, сколько при обработке драгоценных камней. Шлифовочная твердость определяется методом Розиваля: из кристалла вырезается кубик, грани которого, подвергаемые шлифовке, имеют площадь 4 см2. В процессе шлифовки такой грани (при постоянных условиях) она стирается, и объем кубика уменьшается. Величина, обратная уменьшению его объема, и называется твердостью при шлифовке. Шлифовочная твердость кварца приниматеся за 100, а ее значения для других минералов даются по отношению к кварцу.
Для целей диагностики минералов, впрочем, обычно вполне достаточно определять относительную твердость царапаньем, руководствуясь шкалой Мооса. Количественное исследование твердости минералов, составляющих эту шкалу, показало, что она для большей части шкалы возрастает в геометрической прогрессии. Если принять твердость кварца за 100 (по Моосу — 7), то знаменатель этой профессии будет близок к 2, т.е. каждый последующий минерал — член шкалы — примерно вдвое тверже предыдущего. Исключение составляет алмаз, превосходящий по твердости корунд более чем в два раза. Разрыв в твердости между корундом и алмазом примерно равен диапазону твердости минералов, охватываемому первыми девятью членами шкалы Мооса.
Минералогическая шкала твердости была предложена австрийским минералогом Фредериком Моосом (1772— 1839) в 1820 году и с тех пор практически не претерпела изменений; хотя и предлагались другие варианты шкалы, но они не получили широкого признания. В шкале Мооса единственный не вполне удачный эталон — кальцит, твердость которого в зависимости от направления царапанья меняется на 0,5 балла: от 2,5—2,7 на грани базопинакоида (0001) до 3,2—3,5 на гранях призмы. Поэтому предлагалось заменить его в шкале твердости кубическим минералом галенитом, твердость которого не зависит от направления царапанья; зато она может меняться на целый балл (от 2 до 3) с изменением химического состава (вхождением Se, Ag, Bi и др.). Твердость топаза, определенная на разных гранях, также неодинакова. Она соответствует 8 на призматических гранях, а на грани базопинаковда понижается до 7,5. У корунда твердость, определенная на грани базопинакоида, оказывается немного ниже 9. У кварца твердость на гранях призмы несколько повышена. Но для таких твердых минералов, как корунд, топаз и кварц, различия в твердости не более чем на 0.5 балла в процентном выражении не столь существенны, как для кальцита.
Еще один кажущийся недостаток шкалы Мооса — слишком большой интервал между корундом и алмазом; чтобы дифференцировать его, киевский минералог А.С. новыми членами, четыре из которых представляют собой искусственные вещества (карбиды титана и бора, кристаллы бора), а пятый — разновидность алмаза карбонадо; верхнее, 15-е место в этой 15-балльной шкале отведено другой его разновидности — борту. Однако ввиду почти полного отсутствия в земной коре минералов, имеющих промежуточную твердость между корундом и алмазом (единственное исключение - муассанит SiC с твердостью 9,5), замена шкалы Мооса модифицированной 15-балльной шкалой оказалась неактуальной; но последняя может найти применение при исследовании абразивных материалов.
<1> <2> <3> <4> <5> <6> <7> <8> <9> <10> <11> <12> <13> <14> <15> <16> <17> <18> <19> <20> <21> <22> <23> <24> <25> <26> <27>