Mohs hårdhetsskala: Testa motståndet mot att repas

Innehåll

• Vad är Mohs hårdhetsskala?
• Gör hårdhetsjämförelser
• Procedur för testning av Mohs hårdhet
• Tips för Mohs hårdhetstest
• Hårdhet av vanliga föremål
• Hårdhetsval
• Hårdare än Diamond, mjukare än Talk?
• Mohs skala av hårdhet jämfört med andra
• Hårdhetsvariationer i ett enda mineral
• Om hårdhetstester
• Hårdhet, seghet och styrka
• Användningar för hårdhetstester
• Några anteckningar om stavning

Mohs Hardness Kit: Ett laboratorium Mohs Hardness Scale-kit som innehåller: (1) talk; (2) gips; (3) kalcit; (4) fluorit; (5) apatite; (6) ortoklas; (7) kvarts; (8) topas; och (9) korund. Diamond ingår inte i de flesta satser för att hålla kostnaderna nere. Ett diamantprov skulle också vara så litet att det skulle behöva monteras i ett handtag för att vara användbart. Köp ett mineraliskt hårdhetspaket.

Vad är Mohs hårdhetsskala?

Ett av de viktigaste testerna för att identifiera mineralprover är Mohs hårdhetstest. I detta test jämförs ett minerals resistens mot att repas av tio referensmineraler som kallas Mohs hårdhetsskala (se tabell till vänster). Testet är användbart eftersom de flesta prover av ett givet mineral är mycket nära samma hårdhet. Detta gör hårdhet till en pålitlig diagnostisk egenskap för de flesta mineraler.

Friedrich Mohs, en tysk mineralog, utvecklade skalan 1812. Han valde ut tio mineraler med tydligt olika hårdhet som sträckte sig från ett mycket mjukt mineral (talk) till ett mycket hårt mineral (diamant). Med undantag av diamant är mineralerna relativt vanliga och enkla eller billiga att få.

Gör hårdhetsjämförelser

"Hårdhet" är ett materials motstånd mot repor. Testet utförs genom att placera en skarp punkt av ett prov på en omärkt yta på ett annat prov och försöka producera en repa. Här är de fyra situationerna som du kan observera när du jämför hårdheten hos två prover:

1. Om prov A kan repa prov B, är prov A svårare än prov B.


2. Om prov A inte repar prov B, är prov B svårare än prov A.


3. Om de två exemplen har lika hårdhet kommer de att vara relativt ineffektiva när de repas i varandra. Små repor kan produceras, eller det kan vara svårt att avgöra om en repa producerades.


4. Om prov A kan repas av prov B men det inte kan repas av prov C, är hårdheten för prov A mellan hårdheten för prov B och prov C.

Mohs hårdhetstest: När du utför testet, placera det okända exemplet på en bordsskiva och håll det ordentligt på plats med en hand. Placera sedan en punkt i referensprovet mot en plan, omärkt yta på det okända exemplet. Tryck fast referensprovet ordentligt mot det okända och dra det medvetet över den plana ytan medan du trycker fast. För att undvika skador, dra det kända exemplet bort från kroppen och parallellt med fingrarna som håller det okända exemplet.

Procedur för testning av Mohs hårdhet

• Börja med att hitta en slät, oskriven yta för testning.


• Håll med en hand provet med okänd hårdhet ordentligt mot en bordsskiva så att ytan som ska testas är synlig och tillgänglig. Bordsskivan stöder provet och hjälper dig att hålla det rörligt för testet.


• Håll ett av standardhårdhetsproven i den andra handen och placera en punkt på det provet mot den valda plana ytan på det okända provet.


• Tryck fast punkten för standardprovet mot det okända provet och dra fast punkten för standardprovet över ytan på det okända provet.


• Undersök ytan på det okända exemplet. Borsta bort alla mineralfragment eller pulver som producerades med ett finger. Ger testet en repa? Var noga med att inte blanda mineralpulver eller rester med en repa. En repa kommer att vara ett tydligt spår i mineralytan, inte ett märke på ytan som torkar bort.


• Utför testet en gång till för att bekräfta dina resultat.

Tips för Mohs hårdhetstest

• En lista över mineraler i hårdhetsordning kan vara en praktisk referens. Om du fastställer att ett prov har en hårdhet på Mohs 4, kan du snabbt få en lista över potentiella mineraler.


• Övning och erfarenhet kommer att förbättra dina förmågor när du gör detta test. Du blir snabbare och mer säker.


• Om hårdheten för det okända provet är cirka 5 eller mindre, bör du kunna producera en repa utan mycket ansträngning. Men om det okända exemplet har en hårdhet på cirka 6 eller högre, kräver viss kraft att producera en repa. För de proverna, håll det okända ordentligt mot bordet, placera standardprovet mot det, tryck fast med bestämning och håll sedan trycket långsamt och dra standardprovet över ytan på det okända.


• Luras inte av ett mjukt standardprov som ger ett märke på en hård okänd. Det märket är som en bit krita producerar på en svart tavla. Det kommer att torka av utan att lämna en repa. Torka fingret över den testade ytan. Om en repa producerades kommer det att finnas ett synligt spår. Om märken torkas bort producerades inte en repa.


• Vissa hårda material är också mycket spröda. Om ett av dina exemplar bryter eller smuldrar snarare än att repa, måste du vara mycket försiktig när du utför testet. Att testa små eller granulära prover kan vara svårt.


• Vissa prover innehåller föroreningar. Om resultaten från ditt test inte är tydligt avgörande, eller om informationen från ditt test inte överensstämmer med andra egenskaper, tveka inte att göra testet igen. Det är möjligt att en liten bit kvarts (eller en annan orenhet) inbäddades i ett av dina exemplar.


• Var inte wimpy! Detta är ett mycket vanligt problem. En del människor gnider av ett prov fram och tillbaka mot ett annat och letar sedan efter ett märke. Det är inte så testet görs.Det görs med en enda, bestämd rörelse med målet att klippa en repa.


• Var försiktig. När du håller det okända exemplet mot bordet placerar du det så att det kända exemplet inte dras över en av dina fingrar.


• Detta test bör utföras på ett labbbord eller en arbetsbänk med en hållbar yta eller en skyddande beläggning. Gör inte den här typen av testning på fina möbler.


• Testa små partiklar eller korn genom att placera dem mellan två delar av ett indexmineral och skrapa dem ihop. Om kornen är hårdare än indexmineralen produceras repor. Om kornen är mjukare kommer de att smeta ut.

Hårdhet av vanliga föremål

Vissa människor använder några vanliga föremål för snabba hårdhetstester. Till exempel kan en geolog i fältet alltid ha en fickkniv. Kniven kan användas för ett snabbt hårdhetstest för att bestämma om ett prov är hårdare eller mjukare än Mohs 5 till 6,5.

Innan du använder dessa objekt som snabbtestverktyg är det en bra idé att bekräfta deras hårdhet. Vissa knivar har hårdare stål än andra. Testa din och sedan vet du hur hård det är.

Dessa vanliga objekt kan också vara användbara om du inte har en uppsättning referensmineraler. Vi inkluderade kvarts i den här listan eftersom det är ett allestädes närvarande mineral. I fältet är du ofta bara några steg bort från en bit kvarts.

Mohs hårdhetsval: Hårdhetsval är enkla att använda. De har en mässingsspets och en legeringsplockning som används för hårdhetstestning. Placera den vassa punkten på en plockning på ditt okända prov och dra den över ytan. Det ger antingen en repa, glider över ytan eller lämnar ett spår av metall. De levereras med en hårdhet på 2 (en plastpunkt), 3 (en kopparpunkt) och 4 till 9 (noggrant utvalda legeringar). De är utmärkta för att testa små prover eller för att testa små korn inbäddade i en sten. Dessa hårdhetsval är tillgängliga i butiken.

Hårdhetsval

Ett alternativ till att använda referensmineralerna för testning är en uppsättning "hårdhetspicks." Dessa plockar har vassa metallpunkter som du kan använda för mycket noggranna tester. Plockningarna tillåter mycket mer kontroll, och deras skarpa punkter kan användas för att testa små mineralkorn i en sten.

De vassa plockarna kan enkelt användas och antingen ger en repa om de är svårare än provet som testas eller lämnar en liten metallstreck om de är mjukare. Undersök testplatsen med en handlins för att se resultaten av ditt test.

Vi har använt hårdhetsval och tycker att de gör ett bra jobb. De är lättare att använda och mer exakta än att testa med prov. De kan förnyas när de tråkiga. Den enda nackdelen är deras pris (cirka $ 80 per uppsättning).

Hårdare än Diamond, mjukare än Talk?

Diamond är inte det svåraste ämnet som är känt, men de hårdare materialen är mycket mer sällsynta. Forskare har rapporterat att wurtzitbornitrid och lonsdaleite kan vara svårare än diamant.

Det är osannolikt att du hittar ett mineral som är mjukare än talk. Några metaller är dock mjukare. Dessa inkluderar: cesium, rubidium, litium, natrium och kalium. Du kommer förmodligen aldrig att behöva testa deras hårdhet.

Mohs - Vickers hårdhetsjämförelse: Detta diagram jämför hårdheten för indexmineraler i Mohs hårdhetsskala (en heltalskala) med deras Vickers-hårdhet (en kontinuerlig skala). Mohs hårdhet är ett motstånd mot att repas, medan Vickers hårdhet är ett motstånd mot fördjupning under tryck. Grafen visar den stora skillnaden mellan Vickers hårdhet för korund och diamant - som bara är en enhet från varandra på Mohs hårdhetsskala.

Mohs skala av hårdhet jämfört med andra

När Friedrich Mohs utvecklade sin hårdhetsskala 1812 fanns mycket lite information om mineralhårdhet. Han valde helt enkelt tio mineraler som varierade i hårdhet och placerade dem godtyckligt på en heltalskala från 1 till 10. Det var en relativ skala där ett mineral med okänd hårdhet kunde testas mot en grupp av tio indexmineraler för att se var det placerades på skalan.

Mohs-skalan har stått tidens test och har använts i hela världen i över 200 år - främst för att det är lätt att göra, billigt och människor snabbt förstår det. Andra hårdhetstester har tagits fram men ingen av dem används i så stor utsträckning.

En "Mohs-hårdhet" är en relativt heltalskalning av "motstånd mot att repas." De flesta andra hårdhetsskalor använder "motstånd mot fördjupning under en pennan på vilken en viss mängd tryck appliceras under en viss tidsperiod." Även om dessa test skiljer sig från Mohs hårdhet i sin procedur, de är alla tester av resistensen mot atomer som lossnar från sina positioner genom tryck mot ytan på ett mineralprov.

En av dessa skalor är Vickers hårdhetsskala. I Vickers-testet uppskattas indragets storlek mikroskopiskt och används för att beräkna ett hårdhetsvärde. Vickers hårdhetsvärden bildar en kontinuerlig skala som ger mer information om hårdheten hos mineraler jämfört med heltal för Mohs skalan. En tabell som jämför Mohs-skalmineralerna med deras Vickers-hårdhet visas här tillsammans med en graf över data. Diagrammet visar att när det gäller Vickers hårdhet är mellanrummen mellan Mohs-skalans heltal inte enhetliga i bredden. Dessutom är mellanrummen mellan mineraler med högre Mohs-hårdhet mycket bredare än mellan de mjuka mineralerna. När det gäller Vickers hårdhet är diamant enormt hårdare än korund.

Det bästa sättet att lära sig om mineraler är att studera med en samling små prover som du kan hantera, undersöka och observera deras egenskaper. Billiga mineralkollektioner finns i butiken.

Hårdhetsvariationer i ett enda mineral

Även om referensböcker och webbplatser ofta listar en enda hårdhet för varje mineral, har många mineraler varierande hårdhet. De har större eller mindre hårdhet beroende på i vilken riktning de repas.

Ett välkänt exempel på ett mineral med variabel hårdhet är kyanit. Kyanit förekommer ofta i bladformade kristaller. Dessa kristaller har en hårdhet på cirka 5 om de testas parallellt med kristallens långa axel och en hårdhet på cirka 7 om de testas parallellt med den korta axeln för en kristall. Varför? Dessa olika riktningar möter olika bindningsmiljöer i kyanitkristallen. Bindningarna som motstår skrapning parallellt med den långa kristallens långa axel är svagare än de som uppträder vid repning över kristallbredden. Mellanhårdhet möts i andra riktningar.

Ett annat exempel är diamant. Människorna som skär diamanter har känt till dess variabla hårdhet i hundratals år. De vet att parallellt med oktaedriskristallytorna är en diamantkristall nästan omöjlig att såga och mycket svår att polera. Diamanten kan brytas i denna riktning genom klyvning, och den bästa metoden för att klippa den i denna riktning är med en laser. Den mjukaste och bästa riktningen att såga eller polera en diamantkristall är parallell med dess kubiska kristallytor. Denna information är kritisk kunskap för hantverkare som planerar utformningen av en fasetterad diamant. Att förstå det och arbeta med det sparar tid, sparar pengar och skapar en bättre produkt med mindre avfall.

Vädring kan också påverka hårdheten hos ett mineralprov. Vädring förändrar en mineralsammansättning, där väderprodukten vanligtvis är mjukare än originalmaterialet. När du testar hårdheten eller strimman eller annan egenskap hos ett mineral, är det bästa sättet att testa på en nybruten yta med förväntat glans som inte har utsatts för väderbitande.

Om hårdhetstester

Hårdhetstestet som utvecklats av Friedrich Mohs var det första kända testet för att bedöma materialets motståndskraft mot repor. Det är ett mycket enkelt men inexakt jämförande test. Kanske har dess enkelhet gjort det möjligt att bli det mest använda hårdhetstestet.

Sedan Mohs Scale utvecklades 1812 har många olika hårdhetstester uppfunnits. Dessa inkluderar tester av Brinell, Knoop, Rockwell, Shore och Vickers. Var och en av dessa tester använder en liten "indenter" som appliceras på materialet som testas med en noggrant uppmätt kraftmängd. Därefter används storleken eller djupet på indragningen och mängden kraft för att beräkna ett hårdhetsvärde.

Eftersom varje test använder en annan apparat och olika beräkningar kan de inte direkt jämföras med varandra. Så om Knoop-hårdhetstestet gjordes rapporteras antalet normalt som en "Knoop-hårdhet." Av denna anledning bör resultaten av Mohs-hårdhetstest också rapporteras som en "Mohs-hårdhet."

Varför finns det så många olika hårdhetstester? Typen av test som används bestäms av storleken, formen och andra egenskaper hos de prov som testas. Även om dessa tester skiljer sig mycket från Mohs-testet, finns det viss korrelation mellan dem.

Hårdhet, seghet och styrka

Kom ihåg att du testar "motståndskraften mot repor" när du testar för hårdhet. Under testet kan vissa material misslyckas på andra sätt. De kan gå sönder, deformeras eller smulas istället för att repa. Hårda material bryts ofta när de utsätts för stress. Detta är en brist på seghet. Andra material kan deformeras eller smulas när de utsätts för stress. Dessa material saknar styrka. Tänk alltid på att du testar med avseende på motståndskraft mot repor. Luras inte av andra typer av fel i provet som testas.

Användningar för hårdhetstester

Mohs hårdhetstest används nästan uteslutande för att bestämma den relativa hårdheten hos mineralprover. Detta görs som en del av ett mineralidentifieringsförfarande i fältet, i ett klassrum eller i ett laboratorium när lätt identifierade prov undersöks eller där mer sofistikerade test inte finns tillgängliga.

Inom industrin utförs andra hårdhetstester för att bestämma lämpligheten hos ett material för en specifik industriell process eller en specifik slutanvändning. Hårdhetstestning görs också i tillverkningsprocesser för att bekräfta att härdningsbehandlingar som glödgning, härdning, arbetshårdning eller fallhårdning har gjorts enligt specifikationen.

Några anteckningar om stavning

Mohs Hardness Scale är uppkallad efter sin uppfinnare, Friedrich Mohs. Det betyder att en apostrof inte behövs när du skriver testets namn. "Mohs" och "Mohs" är felaktiga.

Google är verkligen smart om dessa namn. Du kan till och med skriva "Moes Hardness Scale" som en fråga och Google vet att returnera resultat för "Mohs Hardness Scale." :-)