Твердость стали по шкале мооса

Что такое шкала Мооса: таблицы твердости и плотности минералов, суть простого метода

Шкала Мооса (или Моса) предложена геологом Фридрихом Моосом (Carl Friedrich Christian Mohs). С ее помощью легче определять видовую принадлежность минерала в полевых условиях.

Плотность пород

Минералоги выясняют вид камня по плотности и твердости. На раскопках залежей используют второй способ, предложенный Ф. Моосом.

Разновидность камня выясняют последовательной оценкой его твердости, блеска, поверхности разлома, окраса, цвета черты (минерального порошка), других качеств.

Плотность камня ― это соотношение его веса с массой воды такого же объема. Определяется в лабораториях гидростатическим взвешиванием либо погружением в тяжелую воду (насыщенная жидкость HgI2BaI2).

Плотность оценивают по 20-балльной шкале. Камни с показателем 1 и 2 всегда лежат в поверхностных слоях, а со значением выше 10 располагаются в глубине залежей. К последним относят алмаз, сапфировый и рубиновый корунд, другие драгоценные минералы.

Твердость камня ― это степень его сопротивляемости к механическим повреждениям. Для выяснения найденный минерал царапают, сжимают или давят на небольшую площадь.

От чего зависит твердость:

• спайность кристаллов;
• внутренняя целостность минерала;
• процент кварца;
• вид вторичных примесей;
• происхождение камня (как он формировался).

Менее твердые те камни, у которых слабее спаяны кристаллы, больше неплотных примесей, есть внутри трещины или иные дефекты. По методу Мооса оценивают примерную спайность, видовую принадлежность, долговечность самоцвета.

При сравнении показателей относительной шкалы Мооса с найденными минералами геологи понимают, каким способом лучше разрабатывать породу. Ювелиры по этим же значениям подбирают инструменты для шлифовки и огранки. Продавцы и покупатели самоцветов определяют его подлинность, долговечность и способы ухода.

Что такое шкала твердости по Моосу

Фридрих Моос разработал 10-балльную шкалу твердости разных пород. В нее включил 10 минералов эталонной прочности. Чем ниже показатель, тем менее долговечен самоцвет, легче способ его добычи, огранки, трудоемкость работы.

Таблица твердости минералов:

Этими самоцветами проверяют плотность кристаллов. Если они не повреждают поверхность, значит, исследуемый экземпляр либо тверже, либо идентичен эталонному образцу.

Также определяют линейную твердость. Нагрузку на самоцвет делают по траектории одной условной линии пролегания. То есть механически влияют на исследуемую поверхность вдоль, поперек или вглубь кристалла. Значения сверяют не по Моосу, а с абсолютной шкалой.

Показатели шкалы линейной прочности:

• алмаз ― 1500;
• корунд ― 400;
• топаз ― 200;
• кварц ― 100;
• ортоклаз, полевой шпат ― 72;
• апатит ― 48;
• флюорит ― 21;
• кальцит ― 9;
• гипс ― 3;
• тальк ― 1.

Для полевых условий нет принципиальных отличий между шкалами. Алмазы не повреждаются никаким материалом. На тальке и гипсе остаются следы от ногтя. Корунды царапают топаз. Кварц оставляет следы на оконном стекле. Флюорит и апатит проверяют ножом, а кальцит ― медной пластиной или монетой.

Принцип работы со шкалой

Плотность разрабатываемой породы выполняют карандашами Мооса. Это набор 10 эталонных камней. Образцовый минерал с заостренным краем для удобства закреплен в металлическом стержне. Каждый карандаш промаркирован от 1 до 10 в соответствии с твердостью по шкале Мооса (от талька «1» до алмаза «10»).

Особенность работы заключена в механическом воздействии карандаша на исследуемую породу. Камень с высшей твердостью всегда оцарапает образец с меньшей и не повредит самоцвет с более высоким показателем.

Пример 1. Образец с маркировкой «9» повредит самоцветы с плотностью ниже 9 (от топаза до талька). Испытуемый камень кладут на ровную поверхность цельной стороной вверх и с силой царапают эталоном твердости. Если кристалл сохранит целостность, он либо принадлежит к корундам (сапфир или рубин), либо относится к алмазам. Последний не поцарапается ни одним из карандашей.

Пример 2. Испытуемый камень царапают поочередно карандашами с возрастающей нумерацией. Начинают с номера «1», «2» или «3». Твердость определяют по эталонному образцу, который не поцарапал породу.

Классификация природных камней по твердости

Твердость эталонных минералов указана в таблице Мооса. Видовую принадлежность образцов с одинаковым показателем отличают по внешности и физико-химическим свойствам.

У алмаза наивысший балл «10», его невозможно ничем оцарапать. Сапфировым и рубиновым корундам присвоен маркер «9». Обрабатываются только алмазным инструментом.

Если самоцвет можно просверлить сверлом по бетону, это александрит, хризоберилл и другие породы с показателем менее 8,5 баллов. Повреждение стальным гвоздем указывает на возможную принадлежность к породам ниже кварца с маркером «7».

Нож из углеродистой стали не повредит ортоклаз, но оцарапает монацит, малахит, слюду и прочие минералы с показателем менее 5,5. Принадлежность к кальциту проверяют ребром медной монеты. Гипс и тальк ― самые мягкие породы. Они царапаются ногтем.

Перечень самоцветов с промежуточным показателем:

Природные камни и шкала твердости Мооса

«Все познается в сравнении» — эта фраза Рене Декарта уже давно воспринимается как народная мудрость. Человеку свойственно искать и находить сходства и отличия, и он делает это постоянно, с удовольствием и пользой для себя. Сравнение помогает принимать решения и делать выбор, дает в руки инструменты и учит их использовать.

Разница от прикосновения ко льду, воде и пару на уровне сравнения ощущений известна каждому. Андерс Цельсий основал на этом свою шкалу измерения температуры и с тех пор человечество отсчитывает температуру от точки замерзания воды.

Карл Фридрих Моос – профессор минералогии из университета в Граце (Австрия). Занимаясь изучением механических характеристик минералов и горных пород, он сравнивал их попарно пытаясь повредить поверхность одного из них острой гранью другого. Результатом исследований стала шкала твердости Мооса — простой и удобный инструмент для качественного сравнения материалов.

Принцип построения шкалы

В основе этого простого, как и все гениальные изобретения, метода лежит принцип попарного сравнения образца, твердость которого подлежит определению, с эталонным рядом минералов. Основная сложность состояла в подборе оригинальной последовательности материалов и расположению их в строгом порядке возрастания или убывания твердости. Для решения этой задачи как нельзя лучше пришлась идея сравнивать образцы путем попытки нанесения царапин одним из них на поверхности другого.

Проведенные эксперименты помогли блестящему ученому не только построить простую и логичную шкалу, но и использовать для нее минералы, которые широко распространены в природе. Сегодня воспользоваться эталонным набором из талька, гипса, кальцита, флюорита, апатита, шпата, кварца, топаза, корунда и алмаза может и студент университета в учебной лаборатории, и геолог в экспедиции на краю света.

Несмотря на весьма приблизительную точность определения твердости шкала Мооса очень популярна и используется во всем мире.

Следует помнить — шкала не является пропорциональной и, например, твердость корунда и соседнего с ним алмаза в абсолютных единицах отличается в 140 раз, а у других соседей по шкале кальцита и флюорита всего на 0,5 ед.

Возможные применения

Использование методики профессора Мооса для практических применений заключается в последовательном использовании минералов из эталонного набора для нанесения испытуемому материалу повреждения в виде царапины. Так гранит (в зависимости от содержания в нем кварца) может царапать апатит (твердость 5) и полевой шпат (твердость 6), но сам может быть поцарапан кварцем, что позволяет присвоить ему значение 5,5-6,5 по шкале, а гарнит габбродиабаз равен по твердости кварцу – 7,0.

Такая несложная техника измерений позволяет геологам применять методику в полевых условиях для идентификации минералов.

Ювелиры пользуются ей для выбора способа обработки драгоценных камней, который зависит от их твердости, а также для подбора соответствующего инструмента и шлифовального материала. Еще одно применение – определение подделок под драгоценные камни – они всегда обладают более низкой твердостью, чем оригинальные камни.

В строительстве знание твердости по шкале Мооса помогает подобрать адекватную замену отсутствующему или недоступному на данный момент материалу. Например, заложенная в проекте брусчатка гранитная на мостовой может быть заменена на брусчатку габбро, у которой значение твердости выше.

В повседневной практике понимание возможностей и характеристик камней в ювелирных изделиях и бижутерии позволит правильно организовать их хранение и использование, избежать царапин и других повреждений.

Относительная и абсолютная твердость

Помимо качественного сравнения материалов по их относительной твердости в материаловедении, и минералогии в частности, используются также количественные методы, позволяющие определить абсолютные значения твердости. Эти методы, в основном заимствованные из металлографии, основаны на измерении размеров углубления, которое образуется в испытуемом минерале (металле) при давлении на его поверхность металлическим шариком или алмазной пирамидой.

Первый из них (с использованием шарика) был предложен шведом Бринеллем и воплощен в приборах, именуемых прессами Бринелля. Второй (с пирамидкой из алмаза) разработан английским концерном «Виккерс лтд.» и получил название — метод Виккерса. Измеряют абсолютную твердость по этим шкалам в кгс/мм2, а прибор, в котором игла из стали или алмаза царапает испытуемый образец называется склерометром.

Еще один способ количественного определения твердости – метод Розиваля. Он основан на измерении объема образца материала в результате шлифовки одной из его граней. Твердость при шлифовании – величина обратная объему стертого материала. За эталон принята твердость кварца, которая соответствует на этой шкале значению 100 ед.

Подтверждение твердости

На каждой выставке, независимо от места проведения, находится один или несколько посетителей, которые высказывают явное недовольство по поводу недостаточной твердости стали наших ножей. В качестве аргументов они приводят собственное мнение, слова других продавцов («а вот там нам сказали, что у них твердость – 90!»), мнение знакомых и собеседников на форумах. Время от времени встречаются, мягко говоря, оригиналы, заявляющие: «Докажите твердость своих изделий – ударьте сильно друг об друга лезвиями, а который останется без следа, тот нож я куплю!»

Определимся с терминами

Чаще всего, эти господа не представляют, о чем именно они говорят. В частности, плохо представляют значение термина твердость у металлов и сплавов, а также не ориентируются в единицах измерения твердости. Напомним себе и остальным, что такое твердость стали ножа, в чем и как измеряется твердость стали ножа, и на что значение твердости стали ножа влияет.

По данным Википедии, твердость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела. Твердость определяется как отношение величины нагрузки к площади или объему поверхности отпечатка. Различают поверхностную и объемную твердость:

• поверхностная твердость — отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка;
• объемная твердость — отношение нагрузки к объему отпечатка.

Различают также восстановленную и невосстановленную твердость. Восстановленная твердость определяется как отношение нагрузки к площади или объему отпечатка, а невосстановленная твердость определяется как отношение силы сопротивления внедрению более твердого материала к площади или объему внедренной в материал части более твердого тела.

Схема испытаний твердости

Твердость измеряют в трех диапазонах: макро, микро, нано. Макродиапазон регламентирует величину нагрузки на внешнее, более твердое тело от 2 Н до 30 кН. Микродиапазон регламентирует величину нагрузки на более твердое тело до 2 Н и глубину внедрения более твердого тела больше 0,2 мкм. Нанодиапазон регламентирует только глубину внедрения более твердого тела, которая должна быть меньше 0,2 мкм.

Измеряемая твердость, прежде всего, зависит от нагрузки, прикладываемой к более твердому телу. Такая зависимость получила название размерного эффекта, в англоязычной литературе — indentation size effect. Характер зависимости твердости от нагрузки определяется формой более твердого тела (индентора):

• для сферического индентора — с увеличением нагрузки твердость увеличивается — обратный размерный эффект (reverse indentation size effect);
• для индентора в виде пирамиды Виккерса или Берковича — с увеличением нагрузки твердость уменьшается — прямой или просто размерный эффект (indentation size effect);
• для сфероконического индентора (типа конуса для твердомера Роквелла) — с увеличением нагрузки твердость сначала увеличивается, когда внедряется сферическая часть индентора, а затем начинает уменьшаться (для сфероконической части индентора).

Косвенно твердость также может зависеть от:

• Межатомных расстояний
• Координационного числа — чем выше число, тем выше твердость
• Валентности
• Природы химической связи
• От направления (например, минерал дистен — его твердость вдоль кристалла равна 4, а поперек — 7)
• Хрупкости и ковкости
• Гибкости — минерал легко гнется, изгиб не выпрямляется (например, тальк)
• Упругости — минерал сгибается, но выпрямляется (например, слюды)
• Вязкости — минерал трудно сломать (например, жадеит)
• Спайности

и ряда других физико-механических свойств материала.
Наиболее твердыми из существующих на сегодняшний день материалов являются две аллотропные модификации углерода — лонсдейлит, на 58 % превосходящий по твердости алмаз и фуллерит (примерно в 2 раза тверже алмаза). Однако практическое применение этих веществ пока маловероятно. Самым твердым из распространенных веществ является алмаз (10 единиц по шкале Мооса).

Чем измеряется твердость?

Твердость твердостью, но нам важнее понять, что означают заветные цифры, которые так ценятся любителями ножей! Дело в том, что для определения твердости применяются разные методы измерения. И для каждого метода измерения твердости существует своя шкала измерения твердости.

Методы определения твердости по способу приложения нагрузки делятся на статические и динамические (ударные).

Метод Бринелля — твердость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Твердость вычисляется как отношение усилия, приложенного к шарику, к площади отпечатка (причем площадь отпечатка берется как площадь части сферы, а не как площадь круга (так измеряется твердость по Мейеру). Число твердости по Бринеллю по ГОСТ 9012-59 записывают без единиц измерения. Твердость, определенная по этому методу, обозначается HB, где H = hardness (твердость, англ.), B — Бринелль;

Метод Роквелла — твердость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Твердость, определенная по этому методу, является безразмерной и обозначается HR, HRB, HRC и HRA; твердость вычисляется по формуле HR = 100 − kd, где d — глубина вдавливания наконечника после снятия основной нагрузки, а k — коэффициент. Таким образом, максимальная твердость по Роквеллу соответствует HR 100.

Метод Виккерса — твердость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырехгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твердость вычисляется как отношение нагрузки, приложенной к пирамидке, к площади отпечатка (причем площадь отпечатка берется как площадь части поверхности пирамиды, а не как площадь ромба). Твердость, определенная по этому методу, обозначается HV;

Таким твердомером пользовались лет пятьдесят назад.

Твердость по Шору (Метод вдавливания) — твердость определяется по глубине проникновения в материал специальной закаленной стальной иглы (индентора) под действием калиброванной пружины. В данном методе измерительный прибор именуется дюрометром. Обычно метод Шора используется для определения твердости низкомодульных материалов (полимеров). Метод Шора, описанный стандартом ASTM D2240, оговаривает 12 шкал измерения. Чаще всего используются варианты A (для мягких материалов) или D (для более твердых). Твердость, определенная по этому методу, обозначается буквой используемой шкалы, записываемой после числа с явным указанием метода.

Дюрометры и шкалы Аскер — по принципу измерения соответствует методу вдавливания (по Шору). Фирменная и национальная японская модификация метода. Используется для мягких и эластичных материалов. Отличается от классического метода Шора некоторыми параметрами измерительного прибора, фирменными наименованиями шкал и инденторами.

Отличие от традиционного твердомера — электронный экран динамометра

Твердость по Шору (Метод отскока) — метод определения твердости очень твердых (высокомодульных) материалов, преимущественно металлов, по высоте, на которую после удара отскакивает специальный боек (основная часть склероскопа — измерительного прибора для данного метода), падающий с определенной высоты. Твердость по этому методу Шора оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка. Основные шкалы C и D. Обозначается HSx, где H — Hardness, S — Shore и x — латинская буква, обозначающая тип использованной при измерении шкалы.

Следует понимать, что хотя оба метода Шора являются методами измерения твердости, предложены одним и тем же автором, имеют совпадающие названия и совпадающие обозначения шкал, это, все-таки, не версии одного метода, а два принципиально разных метода с разными значениями шкал, описываемых разными стандартами.

Метод Кузнецова — Герберта — Ребиндера — твердость определяется временем затухания колебаний маятника, опорой которого является исследуемый металл;

Метод Польди (двойного отпечатка шарика) — твердость оценивается в сравнении с твердостью эталона, испытание производится путем ударного вдавливания стального шарика одновременно в образец и эталон;

Современный твердомер мало похож на предшественников

Шкала Мооса — определяется по тому, какой из десяти стандартных минералов царапает тестируемый материал, и какой материал из десяти стандартных минералов царапается тестируемым материалом.

Метод Бухгольца — метод определения твердости при помощи прибора Бухгольца. Предназначен для испытания на твердость (твердость по Бухгольцу) полимерных лакокрасочных покрытий при вдавливании индентора Бухгольца. Метод регламентируют стандарты ISO 2815, DIN 53153, ГОСТ 22233.

Методы измерения твердости делятся на две основные категории: статические методы определения твердости и динамические методы определения твердости. Для инструментального определения твердости используются приборы, именуемые твердомерами. Методы определения твердости, в зависимости от степени воздействия на объект, могут относиться как к неразрушающим, так и к разрушающим методам.

Существующие методы определения твердости не отражают целиком какого-нибудь одного определенного фундаментального свойства материалов, поэтому не существует прямой взаимосвязи между разными шкалами и методами, но существуют приближенные таблицы, связывающие шкалы отдельных методов для определенных групп и категорий материалов. Данные таблицы построены только по результатам экспериментальных тестов и не существует теорий, позволяющих расчетным методом перейти от одного способа определения твердости к другому. Конкретный способ определения твердости выбирается исходя из свойств материала, задач измерения, условий его проведения, имеющейся аппаратуры и др.

В России стандартизированы не все шкалы твердости. В изготовлении ножей, а также при их продаже, применении и, конечно, в различных обсуждениях используется и, соответственно, чаще всего имеется в виду шкала Роквелла. А именно — HRC.

Шкалы твёрдости по Роквеллу

Существует целых одиннадцать шкал определения твердости по методу Роквелла, основанных на комбинации «индентор (наконечник) — нагрузка». Наиболее широко используются два типа индентеров: шарик из карбида вольфрама диаметром 1/16 дюйма (1,5875 мм) или такой же шарик из закаленной стали и конический алмазный наконечник с углом при вершине 120°. Возможные нагрузки — 60, 100 и 150 кгс. Величина твёрдости определяется как относительная разница в глубине проникновения индентора при приложении основной и предварительной (10 кгс) нагрузки.Для обозначения твёрдости, определённой по методу Роквелла, используется символ HR, к которому добавляется буква, указывающая на шкалу по которой проводились испытания (HRA, HRB, HRC).

НАИБОЛЕЕ ШИРОКО ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ШКАЛЫ ТВЁРДОСТИ ПО РОКВЕЛЛУ

Шкала Мооса

Шкала Мооса

Шкала Мооса – это таблица относительной твёрдости минералов. Разработанная и предложенная ещё в 1811 году, она, как и сам метод выявления твёрдости, быстро получили признание у геммологов и используются до сих пор. Главной причиной такой популярности является лёгкость способа определения твёрдости, при котором отсутствует необходимость использовать специализированные средства.

Суть метода Шкала Мооса

Предложенный Фридрихом Моосом способ выявления прочности весьма оригинален – процарапывание исследуемого минерала материалом с известной твёрдостью. По реакции материала можно определить, является ли исследуемое вещество твёрже или мягче своего определителя. Способ оценки весьма груб, но в достаточной мере эффективен и прост, когда необходимо проверить качество камня.

Важно иметь в виду, что шкала твёрдости Мооса является лишь сравнительной таблицей, линейной шкалой твёрдости она не является, и какого-либо количественного значения не имеет.

Также следует помнить, что, благодаря кристаллической структуре, твёрдость минералов, в различных направлениях спайности, может сильно отличаться. Кроме того, один и тот же кристалл может иметь разную твёрдость из-за различий в составе, и некоторых иных факторов. Несмотря на то, что многие камни имеют твердость довольно широкого диапазона, шкала Мооса с успехом применяется до сих пор.

Главной причиной популярности этого способа является то, что он является удобным прикладным способом определения твёрдости, его можно с успехом применять, используя подручные средства, такие как простое стекло, нож или ноготь человека.

Эталоны шкалы твердости по шкале Мооса

Шкала Мооса включает в себя 10 пунктов, каждый из которых соответствует определённому минералу. От самого мягкого до самого твёрдого минерала эта шкала выглядит следующим образом:

1. Тальк – (абсолютная твёрдость 1). Обладает наименьшей прочностью из всех представленных в таблице веществ, его можно поцарапать ногтём. По твёрдости он сравним с графитом, поэтому заменой тальку при практической проверке может являться обычный мягкий карандаш.
2. Гипс – (абсолютная твёрдость 3). Тоже может царапаться ногтем, но оставляет на тальке царапины.
3. Кальцит – (абсолютная твёрдость 9). Способен оставить на гипсе царапину, но сам царапается медной монетой.
4. Флюорит – (абсолютная твёрдость 21). Оставляет царапины на кальците, но сам царапается стеклом или ножом.
5. Апатит (абсолютная твёрдость 48). Прочность стекла составляет 5,5 по этой шкале, поэтому оно и на апатите оставляет следы, но для этого нужно применить больше усилий.
6. Ортоклаз – (абсолютная твёрдость 72). При достаточном давлении оставляет царапины на стекле, обрабатывается напильником.
7. Кварц – (абсолютная твёрдость 100). Легко царапается алмазом и оставляет на стекле царапины.
8. Топаз (абсолютная твёрдость 200). Этим минералом можно поцарапать и стекло, и даже кварц, обрабатывается алмазом.
9. Корунд – (абсолютная твёрдость 400). Минерал, твёрдость которого уступает только алмазу, поэтому часто используется как абразивный материал, в том числе для шлифовки драгоценных камней. Сам он может быть обработан только алмазом.
10. Алмаз – (абсолютная твёрдость 1500). Самый прочный минерал из природных соединений. Ни одно вышеописанное вещество не способно оставить на нём след, сам же алмаз разрезает стекло.

Поскольку большинство материалов, твёрдость которых можно определить по этой шкале, обычно колеблется от двух до шести, их удобно определять подручными средствами, хотя они не всегда бывают достаточно точными.

Начинать проверку стоит со стекла, ведь оно стоит в центре данной шкалы.

Твердость по шкале Мооса

Твердость камня — это сопротивление, которое оказывает его поверхность при попытке поцарапать ее другим камнем или иным предметом; твердость представляет собой меру связности атомной структуры вещества. Каждый обладатель алмазного перстня знает, что алмаз легко царапает оконное стекло. Если мы станем пробовать другие драгоценные камни, то обнаружится, что и они царапают стекло, но не так легко, а если продолжать этот эксперимент, мы установим, что топаз царапает оконное стекло, но на самом топазе оставляет царапины корунд, который в свою очередь поддается всесильному алмазу. Следовательно, существуют значительные различия в способности драгоценных камней противостоять износу, абразии, т. е. камни, как обычно говорят, различаются по твердости.

Чтобы упростить способ выражения этого свойства, минералог Фридрих Моос разработал в начале прошлого века следующую условную шкалу, которая широко употребляется до сих пор.

Шкала Мооса

Для практических целей полезно запомнить, что ноготь оставляет царапину на гипсе и более мягких веществах и что обычное оконное стекло немного мягче полевого шпата, тогда как стальное лезвие ножа немного тверже полевого шпата, приближаясь по твердости к кварцу, и легко царапает стекло. Поскольку различные виды драгоценных камней имеют по меньшей мере такую же твердость, как и кварц, их легко отличить от внешне на них похожих мягких стеклянных изделий с помощью напильника; до того как ввели в употребление рефрактометр, это был практически единственный в ювелирном деле способ проверки граненых камней.

Говоря, что камень имеет твердость 7, мы подразумеваем, что он не царапает кварц, а кварц не царапает его. Номер по шкале твердости указывает только на порядок в распределении по твердости, но не имеет какого-либо количественного значения. Это важно учитывать, так как здесь часто допускают ошибку. Нельзя, например, считать, что алмаз (10) вдвое тверже апатита (5) или что твердость топаза и шпинели (8) составляет 80% твердости алмаза. В действительности интервал между алмазом и корундом гораздо больше, чем между корундом и тальком — самым мягким из минералов. Промежуточные степени твердости выражаются в виде дробей. Так, число 8 1/2, относящееся к хризобериллу, означает, что он царапает топаз примерно так же, как сам царапается корундом. Гранат пироп несколько тверже кварца (7) и несколько мягче берилла (7 1/2), поэтому его твердость обозначается как 7 1/4.

Вследствие особенностей правильной атомной структуры, характерной для всех кристаллических веществ, твердость одного и того же камня может быть различной в разных направлениях. Большим различием твердости в разных направлениях среди других минералов выделяется кианит: твердость изменяется у него от 5 до 7, и в одних направлениях образец царапается ножом, а в других нет. Однако для большинства веществ этот интервал настолько мал, что обычными способами обнаружить различие не удается.

Ювелиры установили, что образцы одних и тех же минералов, полученные из разных мест, отличаются друг от друга по сложности процесса огранки и полировки. Так, об алмазах с Калимантана п из Нового Южного Уэльса говорят, что они существенно тверже алмазов из Южной Африки и из других мест и что при их огранке возникают известные трудности. Установлено также, что цейлонские сапфиры тверже, чем рубины, а кашмирские сапфиры — мягче. Хотя твердость, как и другие физические характеристики, может меняться от кристалла к кристаллу даже одного и того же минерального вида (благодаря изменению химического состава вследствие изоморфного замещения одного элемента другим), это не объясняет различий, обнаруженных ювелирами. Здесь накладывается другое свойство, которое можно назвать прочностью, или вязкостью. Оно возникает в результате двойникования, которое иногда имеет полисинтетический характер, и в результате других нарушений непрерывности внутренней структуры. Двойникование в алмазе, которое часто трудно распознать, может служить причиной того, что для огранки разных камней требуется затратить разный объем работы. Такое же объяснение пригодно для случая рубина и сапфира.

Для измерения твердости минералов делались попытки применить различные методы, основанные на сопротивлении камней царапанию, истиранию, сверлению, прокалыванию и деформации поверхности. Главная особенность этих попыток — очень плохое совпадение результатов. Очевидный вывод состоит в том, что результаты разных методов несопоставимы и что сцепление в минералах является чрезвычайно сложным свойством.

Хотя установление твердости мало помогает при определении драгоценного камня, сама эта характеристика очень важна для камня в украшениях, поскольку именно от твердости зависит долговечность его полировки и блеска. Обычная пыль — это в основ-ном мельчайшие частицы кварца, поэтому твердость драгоценного камня должна быть не меньше 7. Стеклянные пасты имеют твердость только немного выше 5, и поэтому, как показывает опыт, их полировка выдерживает всего несколько недель постоянной носки, не говоря уже о разрушительном действии на их поверхность вредных примесей в воздухе.

Испытание на твердость вполне подходит для того, чтобы отличить кварц и более твердые драгоценные камни от их стеклянных имитаций, поскольку последние легко поддаются действию напильника. Особенно полезно такое испытание в случае алмаза, потому что он, будучи гораздо тверже любого другого драгоценного камня, оставляет на стекле царапину значительно более глубокую, чем это можно сделать рубином или сапфиром.

Испытание на твердость нельзя рекомендовать для общего применения, так как существует очевидный риск повредить камень. Если камень заключен в оправу, желательно его вынуть оттуда и провести испытание на ободке камня, поскольку поцарапанное место можно в этом случае полностью закрыть, снова вставив камень в оправу. Все пятнышки надо стереть, чтобы убедиться, что они не связаны с попаданием порошка абразива, так как, если два вещества имеют примерно одинаковую твердость, часто возникает путаница. Если по той или иной причине требуется определить твердость граненого камня, лучше попытаться поцарапать углом этого камня какую-нибудь пластинку, а не царапать камень острием, поскольку в первом случае опасность повредить камень менее вероятна. Для удобства испытания минералов на твердость применяют так называемые эталонные острия, в которых кусочки материала с известной твердостью вставлены в небольшие держатели; по указанным уже причинам применять их для граненых камней чрезвычайно нежелательно, а если это неизбежно, то надо проявлять величайшую осторожность.