Гранит и камень

Твердость, плотность и масса минералов



Твердость минералов



Твердость минералов относится к их физико-механическим свойствам. Она характеризует сопротивляемость образца давящей, царапающей, сверлящей или другой подобной нагрузке.
Чаще всего для определения твердости минералов используется царапанье его эталонным образцом минерала с известной твердостью. Такой метод впервые применен в 1811 году немецким минерологом Ф. Моосом, который составил шкалу-таблицу с эталонными минералами, присвоив им определенную этой шкалой твердость по десятибалльной системе.
Этот метод получил название по имени автора - шкала Мооса.

определение твердости минералов

В шкале Мооса присутствует 10 минералов, расположенных в порядке возрастания твердости: тальк (твердость равна 1), гипс (твердость 2), кальцит, флюорит, апатит, полевые шпаты (ортоклаз), кварц, топаз, корунд и алмаз (твердость равна 10) - самый твердый из известных минералов, который завершает список. Большинство из перечисленных минералов обычны в природе, поэтому использовать метод шкалы Мооса в полевых условиях достаточно просто. В случае отсутствия в наличии какого-либо из минералов, перечисленных выше, их можно заменить аналогичными по твердости предметами или материалами: тальк по твердости соответствует мягкому карандашу (М, 2М), кальцит - медной монете, апатит - стеклу, кварц - напильнику, корунд - корундосодержащему наждачному кругу.

Чтобы определить твердость образца минерала, его царапают эталонными образцами. Если образец царапается гипсом, но не царапается тальком, то его твердость определяется, как промежуточная между этими эталонными минералами - 1,5.

Данный метод прост в применении, но имеет существенные недостатки. Установлено, что твердость кристаллов минералов не одинакова в различных плоскостях, т.е. обладает анизотропией. Поэтому определение твердости образца какого-либо минерала при помощи метода Мооса производится с большой долей погрешности, которая, впрочем, для диагностирования в полевых условиях вполне приемлема.



Более точный метод определения твердости минералов специальным прибором - склерометром. Склерометр осуществляет вдавливание в образец алмазной пирамиды с постоянной нагрузкой. В испытываемом образце остается отпечаток, площадь которого тщательно измеряют и определяют коэффициент твердости, который зависит от нагрузки на алмазную пирамиду и площади отпечатка. Этот метод предложен российскими учеными М.Н. Хрущевым и Е.С. Берковичем.
Для примера, показатель твердости кварца, измеренный этим методом, составляет 1100, а корунда - 2100 кг/мм2.

Твердость минерала зависит от его химического состава и внутреннего кристаллического строения.
Следует отметить, что не следует путать твердость минерала с его прочностью (такое определение имело место в прошлые времена). Прочность зависит и от твердости, и от некоторых других свойств минерала, например, хрупкости. По этой причине к прочным минералам не относят алмаз, несмотря на то, что он очень тверд.

Плотность и масса минералов

Эта физическая характеристика минералов является важным диагностическим (определяющим) признаком, поскольку имеет характерную для конкретного минерала величину. Кроме того, определение плотности минералов имеет значение для подсчета запасов минеральных месторождений.

Плотность любого вещества определяется, как его масса в единице объема. Минералы, имеющие в своем составе химические элементы разной атомарной массы, вполне естественно, различаются и по физической плотности. При прочих равных условиях, минерал, образованный более тяжелыми химическими элементами, тяжелее минерала, состоящего из легких элементов. Однако физическая плотность минералов зависит не только от массы составляющих их элементов, но и от плотности упаковки элементарных частиц, образующих элементы внутренней структуры. Чем "гуще" и плотнее упакованы атомы и элементарные частицы, тем выше плотность образованного ими минерала.

определение плотности минералов

В минералогии применяют относительную плотность изучаемых минералов, которая определяется, как отношение массы образца, заключенного в единицу объема, к массе воды при 4 град. С, занимающей такой же объем. Например, если масса образца минерала составляет 100 грамм, а масса воды, помещенной в такой же объем составляет 20 грамм, то плотность этого минерала равна 5.
Единицы измерения плотности - кг/м3, г/см3.
Плотность любого образца минерала измерить достаточно просто - необходимо взвесить массу образца на воздухе, а затем - в воде. Полученная разница в измерениях, по закону Архимеда, равна массе вытесненной образцом воды. Если массу образца в воздухе разделить на эту разницу, получим плотность минерала.

По плотности минералы подразделяют на легкие (до 2,5 г/см3), средние (2,5-4,0 г/см3), тяжелые (4,0-8,0 г/см3) и очень тяжелые (свыше 8,0 г/м3). При диагностировании минералов в полевых условиях плотность измеряют, чаще всего, лишь для очень тяжелых или легких образцов, а также для самоцветов, значение плотности которых достаточно постоянны у разных образующих минералов.

Наряду с твердостью и плотностью минералы-самоцветы оцениваются и по массе, которая измеряется в каратах или граммах. Образцы жемчуга измеряются в гранах. Соотношение между этими массовыми единицами таково: 1 карат равен 200 мг, 1 гран равен 50 мг, 1 карат равен 4 гранам.
Массу самоцветов измеряют до второго десятичного знака.

* * *

Спайность, ковкость, хрупкость и упругость минералов