Mohsova stupnice -Mohs scale

Otevřená dřevěná krabička s deseti přihrádkami, z nichž každá obsahuje očíslovaný vzorek minerálu.
Mohsova sada tvrdosti obsahující jeden vzorek každého minerálu na desetibodové stupnici tvrdosti

Mohsova stupnice minerální tvrdosti ( / m z / ) je kvalitativní ordinální stupnice , od 1 do 10, charakterizující odolnost minerálů proti poškrábání prostřednictvím schopnosti tvrdšího materiálu poškrábat měkčí materiál.

Stupnici zavedl v roce 1812 německý geolog a mineralog Friedrich Mohs ve své knize „Versuch einer Elementar-Methode zur naturhistorischen Bestimmung und Erkennung der Fossilien“ ; je to jedna z několika definic tvrdosti ve vědě o materiálech , z nichž některé jsou více kvantitativní.

Metoda porovnávání tvrdosti pozorováním toho, které minerály mohou poškrábat ostatní, je velmi starověká, o čemž se zmínil Theophrastus ve svém pojednání O kamenech , c.   300 př.nl , následovaný Pliniem starším v jeho Naturalis Historia , c.   AD 77 . Mohsova stupnice je užitečná pro identifikaci minerálů v terénu, ale není přesným ukazatelem toho, jak dobře materiály vydrží v průmyslovém prostředí – houževnatost .

Minerály

Mohsova stupnice tvrdosti minerálů je založena na schopnosti jednoho přírodního vzorku minerálu viditelně poškrábat jiný minerál. Vzorky hmoty používané Mohsem jsou všechny různé minerály. Minerály jsou chemicky čisté pevné látky vyskytující se v přírodě. Horniny jsou tvořeny jedním nebo více minerály. Jako nejtvrdší známá přirozeně se vyskytující látka, když byla stupnice navržena, jsou diamanty na vrcholu stupnice. Tvrdost materiálu se měří proti stupnici tak, že se najde nejtvrdší materiál, který může daný materiál poškrábat, nebo nejměkčí materiál, který může daný materiál poškrábat. Pokud je například nějaký materiál poškrábaný apatitem , ale ne fluoritem , jeho tvrdost na Mohsově stupnici bude mezi 4 a 5.

"Škrábáním" materiálu se pro účely Mohsovy stupnice rozumí vytváření neelastických dislokací viditelných pouhým okem. Materiály, které jsou na Mohsově stupnici nižší, mohou často vytvářet mikroskopické, neelastické dislokace na materiálech, které mají vyšší Mohsovo číslo. I když jsou tyto mikroskopické dislokace trvalé a někdy škodlivé pro strukturální integritu tvrdšího materiálu, nejsou považovány za "škrábance" pro určení čísla Mohsovy stupnice.

Každá z deseti hodnot tvrdosti v Mohsově stupnici je reprezentována referenčním minerálem , z nichž většina je rozšířena v horninách.

Mohsova stupnice je ordinální stupnice . Například korund (9) je dvakrát tvrdší než topaz (8), ale diamant (10) je čtyřikrát tvrdší než korund. Níže uvedená tabulka ukazuje srovnání s absolutní tvrdostí naměřenou sklerometrem s obrázkovými příklady.

Mohsova tvrdost Referenční minerál Chemický vzorec Absolutní tvrdost obraz
1 Mastek Mg3Si4010 ( OH ) 2 _ _ _ 1 Mastek blok.jpg
2 Sádra CaS04.2H20 _ _ _ _ 2 Gypse Arignac.jpg
3 kalcit CaCO 3 14 Calcit-sample2.jpg
4 Fluorit CaF 2 21 Fluorit s pyritem železa.jpg
5 Apatit Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH , Cl , F ) 48 Apatit Canada.jpg
6 Ortoklasový živec KAlSi 3 O 8 72 OrthoklaseBresil.jpg
7 Křemen SiO2 _ 100 Quartz Brésil.jpg
8 Topas Al 2 SiO 4 (OH , F ) 2 200 Topaz-120187.jpg
9 korund Al203 _ _ _ 400 Korund-dtn14b.jpg
10 diamant C 1500 Hrubý diamant.jpg

Použití některých běžných materiálů známé tvrdosti může být jednoduchým způsobem, jak aproximovat polohu minerálu na stupnici. Na Mohsově stupnici má pruhovaný talíř (neglazovaný porcelán ) tvrdost přibližně 7. Další užitečné srovnávače jsou: hřebík (2,5), měděná mince (3,5), čepel nože (5,5), ocelový hřebík (6,5), vrták do zdiva bit (8,5).

Střední tvrdost

Tvrdost některých minerálů je mezi dvěma referenčními minerály Mohsovy stupnice. Některé příklady jsou uvedeny v tabulce:

Tvrdost Minerální
1.5 todorokit , wakabayashilit , idrialit , dimorfit
2.5 linarit , ulexit , kinoit , cylindrit
3.5 adamit , strontianit , roselit , ludlamit
4.5 konichalcit , duftit , colemanit , lindgrenit
5.5 perovskit , chromit , bavenit , agrelit
6.5 baddeleyit , chloritoid , berlinit , cuprospinel
7.5 zirkon , euklas , hambergit , grandidierit
8.5 chrysoberyl , tongbait
9.25 moissanit

Jiné látky

Některým pevným látkám, které nejsou minerály, byla přiřazena tvrdost na Mohsově stupnici. Pokud je však látka ve skutečnosti směsí jiných látek, může být obtížné určit tvrdost nebo může být zavádějící nebo nesmyslná. Některé zdroje například přiřazují žule Mohsovu tvrdost 6 nebo 7, ale s tím je třeba zacházet opatrně, protože žula je hornina složená z několika minerálů, z nichž každý má svou vlastní tvrdost podle Mohse (např. žula bohatá na topaz obsahuje: topaz - tvrdost 8, křemen - tvrdost 7, ortoklasový živec - tvrdost 6, plagioklasový živec - tvrdost 6 až 6,5, slída - tvrdost 2 až 4).

Tvrdost Látka
0,2–0,3 cesium , rubidium
0,5–0,6 lithium , sodík , draslík , svíčkový vosk
1.5 gallium , stroncium , baryum , thalium
2 hexagonální nitrid boru , vápník , dřevo , suchý led (pevná forma oxidu uhličitého )
2–2,5 alfa-keratin , plast
2,5–3 lanthan , jet
3 thorium , dentin , křída , mosaz , bronz
4–4,5 obyčejná ocel
5 zubní sklovina , zirkonium , obsidián ( vulkanické sklo )
5.5 berylium , molybden , hafnium , sklo , kobalt
6 mangan , germanium , niob , uran , rhodium
6–7 tavený křemen , křemík , ruthenium , iridium , tantal , opál , beton , žula
7 rhenium , porcelán
8 kubický oxid zirkoničitý , kalená ocel
8.5 nitrid křemíku , karbid tantalu
9 karbid wolframu , nitrid titanu
9–9.5 karbid křemíku (karborundum), karbid tantalu , karbid zirkonia , karbid berylia , karbid titanu , borid hliníku , karbid boru .
9,5 – kolem 10 bór , nitrid boru , diborid rhenia ( osa a ), diborid titanu , karbid boru

Použití

Přes svou nedostatečnou přesnost je Mohsova stupnice relevantní pro terénní geology, kteří tuto stupnici používají k hrubé identifikaci minerálů pomocí škrabacích sad. Tvrdost minerálů podle Mohsovy stupnice lze běžně nalézt v referenčních listech.

Mohsova tvrdost je užitečná při frézování . Umožňuje posoudit, který druh mlýna nejlépe redukuje daný výrobek, jehož tvrdost je známá. Váha se používá u výrobců elektroniky pro testování odolnosti komponentů plochých displejů (jako je krycí sklo pro LCD nebo zapouzdření pro OLED ), stejně jako pro hodnocení tvrdosti dotykových obrazovek ve spotřební elektronice.

Srovnání s Vickersovou stupnicí

Srovnání tvrdosti podle Mohse a tvrdosti podle Vickerse :


Název minerálu
Tvrdost (Mohs) Tvrdost (Vickers)
(kg/mm ​​2 )
Grafit 1–2 VHN 10 = 7–11
Cín 1.5 VHN 10 = 7–9
Vizmut 2–2,5 VHN 100 = 16–18
Zlato 2.5 VHN 10 = 30–34
stříbrný 2.5 VHN 100 = 61–65
chalkocit 2,5–3 VHN 100 = 84–87
Měď 2,5–3 VHN 100 = 77–99
Galenit 2.5 VHN 100 = 79–104
Sfalerit 3,5–4 VHN 100 = 208–224
Heazlewoodit 4 VHN 100 = 230–254
Carrollite 4,5–5,5 VHN 100 = 507–586
Goethit 5–5,5 VHN 100 = 667
Hematit 5–6 VHN 100 = 1 000–1 100
Chromit 5.5 VHN 100 = 1 278–1 456
Anatase 5,5–6 VHN 100 = 616–698
Rutil 6–6,5 VHN 100 = 894–974
Pyrit 6–6,5 VHN 100 = 1 505–1 520
Bowieite 7 VHN 100 = 858–1 288
Euklase 7.5 VHN 100 = 1 310
Chrom 8.5 VHN 100 = 1 875–2 000

Viz také

Reference

Další čtení