Шкала Мооса
Представьте себе грифель карандаша. Представили? Хорошо. Попробуйте представить, насколько он твердый. Кажется, что не очень, правда? Правда. Окей, тогда представьте себе гранит. Он вроде кажется довольно твердым. Вы снова правы. А теперь представьте себе алмаз. Возможно, так, чисто на ощупь, вы не почувствуете сильной разницы, но она есть. Алмаз является самым твердым веществом на планете. Ну, мы не будем сейчас разбираться в истинности того, тверже ли алмаза те несколько веществ, синтезированных сравнительно недавно, ибо честно — не знаю ответа на этот вопрос. Так что, в рамках этой статьи, алмаз является самым твердым веществом на планете. Но как вообще мы понимаем, что одно вещество тверже другого? Об этом мы и поговорим сегодня.
Шкала Мооса
Куда же без определений, верно? То, что вы прочтете сейчас, вы, возможно, не сможете осознать с первого раза, но не поленитесь и перечитайте, осознайте полностью, это довольно хорошая формулировка.
Твердость оценивается силой сопротивления, которое оказывает поверхность испытуемого минерала царапающему действию какого-либо острия. Твердость можно выразить в абсолютных единицах, но практически, при описании и определении минералов, удобнее пользоваться шкалой Мооса, которая представляет из себя небольшой набор минералов, твердость которых принята за эталоны для сравнения. Шкала Мооса десятибалльная
Думаю, с первыми строками все понятно. Но как же происходит это сравнение с эталонными минералами? А на деле все просто. Если у вас есть какой-то минерал, твердость которого вам нужно оценить по шкале Мооса, то вам нужно лишь попробовать поцарапать им какие-то эталоны, или же поцарапать эталонами его. Если эталон может поцарапать ваш минерал, значит, эталон тверже. Если вашим минералом вы можете поцарапать какой-то эталон, значит, ваш минерал тверже данного эталона. Вот так, собственно говоря, выглядит тот самый набор:
Посмотрев на этот набор, вы можете увидеть те самые минералы, которые приняты за эталоны. Снова возвращаясь к теме оценки твердости минерала, приведем пару примеров. Корунд легко оставит царапину на кальците, кварцем можно поцарапать полевой шпат. Флюоритом же вы ни в какую не оставите царапинки на корунде. Вообщем-то, основную идею я уже рассказал, но если хотите, можете продолжить чтение, ведь сейчас будет не менее интересно. Давайте рассмотрим каждый из эталонных минералов подробнее.
Тальк
Тальк вы можете поцарапать даже ногтем. Логично, что ваш ноготь тальком вы поцарапать не сможете. Твердость данного минерала — 1 балл по шкале Мооса.
Как он выглядит, а также его формулу вы можете увидеть на картинке. Тальк жирный на ощупь.
В жизни широко используется порошок из талька или на его основе. Он имеет свойство понижать трение, что применяется для того, чтобы, к примеру, предотвратить слипание каких-либо длительно соприкасающихся поверхностей (резиновых, к примеру).
Огнеупорность талька около 1500 градусов по Цельсию, из-за чего он находит применение в металлургии, где тальковые кирпичи применяются для футеровки (или, проще говоря, облицовки огнеупорными материалами печи).
Гипс
Гипс нельзя поцарапать тальком, но тальк можно поцарапать гипсом. Твердость гипса оценивается в два балла по шкале Мооса. Формулу и фото самого минерала вы можете видеть на следующей картинке:
Из гипса производится много полезных штуковин. Например, для производства всем вам известного медицинского гипса, для производства строительных материалов и даже для производства удобрений. Гипс также используется в скульптуре, да и вообще довольно часто применяется в декоративных целях. Кстати говоря, гипс тоже можно поцарапать ногтем, из чего можно сделать вывод, что ноготь тверже гипса.
Кальцит
Исходя из названия минерала, можно понять, что в его формуле будет присутствовать кальций. Общая формула кальцита идентична формуле карбоната кальция, что, впрочем, неудивительно, ведь кальцит является полиморфной модификацией данного карбоната. Полиморфной модификацией называется одна из возможных кристаллических структур вещества. Вы могли заметить, что это очень похоже на понятие «аллотропия». И вы абсолютно правы, ведь полиморфизм характерен для разных классов веществ, поэтому аллотропия, грубо говоря, может быть частным случаем полиморфизма. Может быть, но бывает не всегда, потому что полиморфизм не относится к некристаллическим аллотропным формам, таким как кислород (О2) и озон (О3). Но не будем отвлекаться. На эту тему нам определенно стоит поговорить в отдельной статье. Поэтому скажу лишь, что полиморфной модификацией карбоната кальция также является другой минерал — Арагонит. Но о нем тоже как-нибудь в другой раз.
Киньте кусочек кальцита в пробирку с соляной кислотой. Если вы поднесете к горлышку пробирки горящую спичку, она потухнет. Химия данного явления, думаю, вам понятна (-:
Кстати говоря, примерно такая же твердость, как у кальцита (3), у золота (примерно 2.5), так как вам наверное известно, что золото — очень мягкий металл.
Флюорит
Наверное, первый по-настоящему красивый минерал из тех, что мы уже рассмотрели, хотя, конечно, можно найти довольно красивые образцы как кальцита, так и других уже рассмотренных минералов. Формула флюорита тоже может вам кое-что напомнить, а именно плавиковый шпат, о котором заходила речь в цикле статей #кислотынетеория. Как вы помните, тогда я рассказывал, что из него можно получить плавиковую кислоту. И вы снова правы. Этот минерал действительно имеет абсолютно аналогичную формулу с плавиковым шпатом, коим, собственно, и является. Все как с кальцитом короче говоря.
Вообще, флюорит наверное потому и такой красивый, что может иметь довольно разные оттенки. Например, он может иметь красновато-розовый оттенок, а может зеленый. А как-то раз в Баварии был найден черно-фиолетовый радиоактивный флюорит, который даже получил собственное название — антозонит. Тот минерал славился следующим. Он имел многочисленные включения, в частности содержащие и фтор, который, при разрушении кристаллов, реагировал с кислородом из воздуха, образуя озон, благодаря чему минерал имеет свой отличительный запах.
Кстати говоря, если вы попробуете перевести глагол «течь» с русского на латинский, вы увидите перевод «fluere», что, конечно, не просто так. Дело в том, что флюорит со многими минералами дает легкоплавкие смеси.
Если флюорит прозрачный, он может применяться в оптике, для изготовления линз. Он также может применяться как сырье для получение плавиковой кислоты и различных соединений с фтором, а также находит применение в металлургии. Это основные сферы.
Апатит
Вы наверное не раз слышали о городе Кировск, который находится в России, прямо у Хибин. Что касается данного города с экономической точки зрения, там процветает горнолыжный туризм, но не только! Крупнейшее предприятие Кировска занимается добычей различных руд. И это одно из мест, где добывается интересующий нас апатит. В основном, нет особо крупных залежей апатита, но самые крупные находятся именно в России, на Кольском полуострове.
Такое название апатиту, как и флюориту, дано ему неспроста. Дело в том, что апатит внешне может довольно сильно различаться, из-за чего его можно спутать с другими минералами, например, с бериллом. А потому в 1788 году, немецкий геолог, который впервые (скорей всего) написал научное описание апатита, предложил название для минерала, которое происходит от др.греческого — ἀπατάω — «обманываю».
Апатит в большом количестве применяется для производства фосфорных удобрений, фосфорной кислоты, да и самого фосфора. Существуют также ювелирные апатиты, как правило, не очень большие, которые представляют коллекционный интерес.
Апатит с трудом царапается стеклом. Апатитом вы без труда поцарапаете флюорит, золото, тальк, но не сможете оставить ни царапинки, к примеру, на полевом шпате, о котором мы сейчас и поговорим.
Полевой шпат
Полевой шпат принят эталоном 6 баллов твердости по шкале Мооса. Вообще, правильнее будет сказать «полевые шпаты», так как это не один минерал, а целая группа весьма распространенных минералов из класса силикатов. Полевые шпаты редко отличаются особой красотой, поэтому и коллекционной ценности особо не представляют. Полевые шпаты бывают калиевые, натриевые, кальциевые полевые шпаты, а также существует довольно редкий минерал Цельзиан, где калий может замещаться на барий. В наборах шкалы Мооса, если так можно выразиться, часто присутствует ортоклаз — калиевый полевой шпат (KAlSi3O8).
Название заимствовано из немецкого языка, где «Spath» означало (или означает до сих пор) «Брусок». Полевые шпаты часто встречаются в земной коре (полевые шпаты составляют примерно 50% массы всей земной коры), поэтому, как я могу предположить, их нередко находили на месте пашни фермеры, обычные люди. Но про пашни — уже не мои рассуждения, а вполне логичные факты, ведь «полевой» происходит от языков германской группы, где «feld»/«feldt» означает «поле».
Полевые шпаты применяются в керамической и стекольной промышленностях и.т.д. Они также могут применяться как сырье для отделения от них рубидия!
Кварц
Кварц — один из самых распространенных в земной коре минералов. Он имеет довольно простую формулу, прямо как у простого песка — диоксида кремния, полиморфной модификацией коего является.
Кварц используется в ювелирном деле. Используется в оптических приборах, а также, в очень больших количествах, в стекольной и керамической промышленности.Сам по себе, кварц белый или вообще бесцветный, но из-за примесей может иметь различные оттенки (розоватые, фиолетовые, зеленоватые и.т.д.)
Топаз
Происхождение названия немудрено — он назван в честь острова, на котором был впервые найден. Остров Зеберген в Красном море ранее назывался Топазиос, благодаря чему минерал и получил свое название — топаз. Есть и другая версия, что название происходит от санскритского «топас» — огонь.
Примечательно, что топазы могут быть невероятно тяжелыми в прямом смысле слова. В Норвегии были найдены топазы массой в 80 кг, а абсолютным рекордсменом является топаз, весивший больше пяти тонн, найденный в Бразилии. При этом топазы весьма красивые, а (по некоторым сведениям) история даже знала королей, на чьей короне красовались топазы.
Топазы применяются в основном в ювелирном деле, так как они весьма красивы, бывают очень разных цветов, а также весьма просты в обработке, так что даже неопытный ювелир справится с обработкой.
Топаз является эталоном 8 баллов твердости по шкале Мооса и может царапать даже стекло!
Корунд
Вот мы потихоньку и добрались до самых твердых! Корунд без всяких проблем царапает стекло, а также почти все, что под него попадет (: Возьмем хотя бы все те минералы, которые мы уже рассмотрели.
Кстати говоря, я абсолютно уверен, что всем вам очень хорошо известны сапфиры и рубины. Так вот, сапфиры и рубины — это корунды! Они тоже имеют формулу Al2O3. Просто корунды синего цвета — это сафиры, а красного — рубины. Просто запомните — сапфир, рубин и корунд — это синонимы.
Корунды применяются в оптике, а также как абразивные материалы — материалы для обработки поверхности других материалов. И, конечно, они находят применение в ювелирном деле. Некоторые образцы корунда, например, хорошие, прозрачные образцы рубина, могут стоить даже больше, чем алмаз.
Алмаз
Более важного и более удивительного элемента, чем углерод, найти сложно. Про углерод можно говорить так долго, что не хватит и 1000 статей. Впрочем, грубо говоря, этим занимается органическая химия, а мы поговорим о нем сегодня только косвенно. Углерод имеет огромное количество аллотропных модификаций: графит, фуллерен, карбин, графен, углеводородные трубки и пр. Однако в этом ряде нас интересует другая модификация — алмаз. Да, алмаз действительно имеет самую короткую формулу во всей шкале Мооса — просто углерод (С). Однако если графит оценивается в 1 балл твердости по шкале Мооса, то его родственник алмаз является самым твердым веществом на Земле. Твердым, но хрупким. Это разные вещи. Твердость дает алмазу чудесную износостойкость к истиранию, но ударьте его кувалдой, и он мигом развалится на кучу кусочков.
Авторы учебников по химии очень любят приводить в пример алмаз и графит при рассказе про аллотропные модификации. В частности, часто затрагивается тема, почему же алмаз столь тверд? А все дело в его кристаллической решетке.
Все атомы углерода в алмазе очень прочно связаны друг с другом, каждый атом углерода расположен в центре тетраэдра, вершинами которого являются другие атомы углерода.
Под действием рентгеновского или ультрафиолетового излучений алмаз проявляет другое потрясающее свойство — люминесценцию. То есть они могут светиться различными цветами, такими как, к примеру, зеленый, желтый, голубой и даже красный.
Конечно же, алмаз без труда поцарапает все, что только вы будете им царапать: тальк, стекло, нож, топаз, опал, корунд, полевые шпаты и.т.д.
Среди самых крупных сфер применения алмаза, ювелирная промышленность играет исключительную роль. С незапамятных времен алмаз считается одним из самых красивых камней, а его цена была и будет соизмерима его популярности. Не менее важны алмазы при производстве сверл, резцов, режущих и точильных дисков. Существуют также и другие перспективные сферы применения алмаза, такие как ядерная промышленность, применение в микроэлектронике и в квантовых компьютерах.
Кто такой Моос?
В завершение стоит отдать дань уважения тому, кто ввел данную шкалу для оценки твердости. Шкала Мооса носит имя своего создателя — немецкого минералога и геолога Карла Фри́дриха Христиа́на Мо́оса. Создание им шкалы оказалось самым важным для научного мира его трудом! Шкала была создана им в 1811 году.
И так как наш разговор о шкале Мооса близится к своему логическому завершению, хочу заметить две вещи. Первая заключается в том, что шкала Мооса линейной не является! Это значит, что утверждение «Алмаз в два раза тверже апатита» будет категорически неверным. Это важно понимать. А второе — это, скорей всего, можно назвать моим оправданием (:. Я намеренно не стал рассказывать слишком подробно про все эти минералы, про их свойства и характеристики. Дело все в том, что ступив на эту тропу, неминуемо попадешь в очень интересный, но и довольно сложный мир минералогии. Я не хотел перегружать статью ни по объему, ни терминами, которые придется объяснять. Хотя, конечно, мы можем продолжить наши разговоры о минералах, постепенно узнавая все больше и больше нового! Но этим мы займемся уже как-нибудь в следующий раз, впереди еще столько всего интересного! Спасибо за ваше внимание и интерес! До скорой встречи!