Твердость

Под твердостью* подразумевают степень сопротивления, которое способен оказать данный минерал какому-либо внешнему механическому воздействию, в частности царапанию.

^*(Понятие "твердость тела" до сих пор с определенностью не установлено, несмотря на большие исследования этого вопроса. Различают твердости царапания, сверления, давления, шлифования. Результаты исследований всех этих методов показывают, что мы, по существу, имеем дело с неодинаковыми по своей природе физическими явлениями)

В обычной минералогической практике применяется наиболее простой способ определения твердости царапанием одного минерала другим, т. е. устанавливается относительная твердость минералов. Для оценки этой твердости принимается шкала Мооса, представленная десятью минералами, из которых каждый последующий своим острым концом царапает все предыдущие.

За эталоны этой шкалы приняты следующие минералы в порядке твердости от 1 до 10:

1. Тальк - Mg₃[Si₄O₁₀][OH]₂
2. Гипс - CaSO₄•2H₂O
3. Кальцит - CaCO₃
4. Флюорит - CaF₂
5. Апатит - Ca₅[PO₄]₃F
6. Ортоклаз - K[AlSi₈O₈]
7. Кварц - SiO₂
8. Топаз - Al₂[SiO₄](F,OH)₂
9. Корунд - Al₂O₃
10. Алмаз - С

Определение твердости исследуемого минерала производится путем установления, какой из эталонных минералов он царапает последним. Например, если исследуемый минерал царапает апатит, а сам царапается ортоклазом, то это значит, что его твердость заключается между 5 и 6.

Этот простой, хотя и грубый метод определения твердости минералов вполне удовлетворяет нас при диагностике минералов.

В пределах значений по шкале Мооса у большинства минералов на различных гранях и сколах твердость является более или менее постоянной, хотя известны примеры, когда она меняется в зависимости от направления царапания. Например, у минерала дистена (Al₂SiO₅) в направлении удлинения твердость равна 4,5, а в перпендикулярном направлении на той же плоскости - 6-7. Поэтому не случайно этот минерал называется дистеном ("ди" по-гречески - двояко, "стенос" -сопротивляющийся).

Более точные определения твердости минералов с научно-исследовательской целью производят на специальных приборах-склерометрах с помощью специального алмазного или металлического острия. Мы не будем останавливаться на рассмотрении этих устройств. Приведем лишь некоторые выводы, полученные при детальном изучении явлений нарушения поверхностей кристаллов методом царапания.

Рис. 25. 'Розетка' твердости на грани куба каменной соли

Прежде всего выяснилось, что твердость кристаллических тел обладает векториальными свойствами (анизотропией), т. е. в различных направлениях в кристалле она не одинакова. Это относится даже к минералам кубической сингонии. В качестве примера на рис. 25 приведена "розетка твердости" на грани куба каменной соли.

Если испытываемая плоскость кристалла ориентирована перпендикулярно к плоскости спайности, то в направлении, параллельном следу плоскости спайности, она обнаруживает наименьшие, а в перпендикулярном направлении - наибольшие значения твердости.

С кристаллохимической точки зрения твердость кристаллических тел зависит от типа структуры и прочности связей атомов (ионов). Хотя в этой области мы располагаем еще очень неполными данными, все же некоторые положения установлены с достаточной степенью определенности.

Для ионных кристаллических тел путем сопоставления ряда эмпирических данных выявляется, что твердость, в общем, прямо пропорциональна плотности решеток. С увеличением межионных расстояний для данного типа соединений она падает:

Установлено также, что для соединений, кристаллизующихся в одинаковой структуре и с близкими межионными расстояниями, с увеличением валентности, т. е. зарядов ионов, твердость возрастает.

Следует также указать, что скрытокристаллические, тонкопористые и порошковатые разности минералов обладают ложными малыми твердостями. Например, гематит (Fe₂O₃) в кристаллах имеет твердость 6, а в виде красной охры - меньше 1, что говорит практически об отсутствии сцепления между отдельными частицами в тонкодиспергированной массе гематита.

В целом главная масса природных соединений обладает твердостями в пределах от 2 до 6. Более твердые минералы принадлежат к безводным окислам и силикатам:

• кварц - SiO₂ (твердость 7),
• касситерит - SnO₂ (6-7),
• корунд - Al₂O₃ (9),
• минералы группы шпинели - MgAl₂O₄ (8),
• топаз (8),
• берилл (7,5-8),
• турмалин (7-7,5),
• гранаты (около 7) и др.