Minerální tvrdost a Mohsova stupnice

Jedno Mohsova stupnice tvrdosti je široce uznávaná a jednoduchá stupnice pro měření odolnosti proti poškrábání různých minerály. Vytvořil Friedrich Mohs, německý geolog, v 1812, zůstává standardem v geologii, mineralogiea materiálové vědy. Stupnice je kvalitativní, řadí minerály z 1 10 nas 1 představující nejměkčí minerál a 10 nejtěžší. Stupnice měří tvrdost testováním odolnosti minerálu vůči poškrábání jiným minerálem nebo materiálem o známé tvrdosti. Tento systém umožňuje terénní geologové a mineralogové pro rychlou identifikaci minerálů sledováním jejich odolnosti proti poškrábání. Kromě toho, že Mohsova stupnice pomáhá při identifikaci minerálů, informuje průmyslové aplikace kde je zásadní tvrdost trvanlivost, odolnost proti poškrábání a použitelnost.

---

Pochopení Mohsovy stupnice tvrdosti

Mohsova stupnice přiřazuje každému minerálu specifické hodnocení tvrdosti určením, zda může poškrábat nebo být poškrábán jiným. Minerály umístěné výše na stupnici mohou poškrábat ty, které jsou umístěny níže, a naopak měkčí minerály nemohou poškrábat ty nad nimi. Níže je podrobný rozpis minerálů na Mohsově stupnici tvrdosti, seřazené od nejměkčích po nejtvrdší:

1. Mastek (Tvrdost 1): Mastek, známý jako nejměkčí minerál na Mohsově stupnici, lze snadno poškrábat nehtem. Mastek má hladký, mastný pocit a používá se v prášcích a kosmetice díky své schopnosti absorbovat vlhkost. Díky extrémní měkkosti je mastek nevhodný pro abrazivní účely.
2. Sádra (Tvrdost 2): Sádra je o něco tvrdší než mastek a lze ji stále poškrábat nehtem. Vzniká odpařováním slané vody a je široce používán ve stavebnictví, zejména v sádrokartonu a omítkách. Sádra je také hlavní složkou hnojiv.
3. Kalcit (Tvrdost 3): Kalcit je tvrdší než sádra a běžně se vyskytuje v vápenec a mramor. Může se poškrábat a měď mince. Kalcit má unikátní optické vlastnosti a používá se v výroba cementu, neutralizace kyselina jako stavební materiál.
4. Fluorit (Tvrdost 4): Fluorit je známý svými fluorescenčními barvami a může být poškrábán ocelí. Fluorit se používá v výroba kyseliny fluorovodíkové, sklo, smalty a čočky. Široká škála barev a průhlednost fluoritu z něj dělají oblíbeného sběratele.
5. Apatit (Tvrdost 5): Apatit je běžný minerál skály a je často zelený. Může poškrábat fluorit a je často používán v hnojivech kvůli jeho vysokému obsahu obsah fosforu. Podobnost apatitu s jinými minerály může ztížit jeho identifikaci bez testování tvrdosti.
6. Ortoklasa (Živec) (Tvrdost 6): Ortoklas je součástí skupiny živců a může poškrábat apatit. Je to významný horninotvorný minerál nacházející se v žula a použitý v keramiky a skla výrobní. Živec je často růžový, bílý nebo šedý a má skelný lesk.
7. křemen (Tvrdost 7): Křemen je v zemské kůře velmi hojný a objevuje se v mnoha formách, od písku po krystaly. Může poškrábat ortoklas a používá se v elektronika, sklářství a stavebnictví. Křemen je jedním z nejoblíbenějších minerálů díky své rozmanitosti a trvanlivosti.
8. Topas (Tvrdost 8): Topaz je tvrdý minerál, který může poškrábat křemen. Často se nachází v vyvřelé skály a má zářivé barvy, zejména při ošetření. Topaz je cenný ve šperkařství a průmyslu, protože vydrží opotřebení bez poškrábání.
9. Korund (Tvrdost 9): Korund zahrnuje odrůdy drahokamů safír a rubín a může poškrábat topaz. Je výjimečně tvrdý a běžně se používá jako brusivo i v řezných nástrojích. Odolnost korundu vůči poškrábání z něj činí trvanlivou volbu pro vysoce namáhané aplikace.
10. diamant (Tvrdost 10): Diamant, nejtvrdší přirozeně se vyskytující minerál, je známý svou bezkonkurenční tvrdostí a brilancí. Diamant může poškrábat všechny ostatní minerály a je široce používán při řezání, vrtání a broušení. Jeho krása a tvrdost z něj činí jeden z nejcennějších drahých kamenů na světě.

Praktické aplikace Mohsovy stupnice tvrdosti

Díky přímému přístupu Mohsovy stupnice je obzvláště užitečná geologie, výběr materiálů a různá průmyslová odvětví:

1. Geologická a minerální identifikace

Geologové se v terénu spoléhají na Mohsovu stupnici, aby rychle identifikovali neznámé minerály na základě škrábavých testů. Přenosné testovací sady s referenčními materiály ze stupnice (jako je kus skla, ocelový pilník a nehet) je snadné odhadnout tvrdost bez speciálních nástrojů. Například minerál, který může poškrábat sklo, ale ne ocel, má pravděpodobně tvrdost kolem 5 6 na.

2. Průmyslové a komerční aplikace

Různá průmyslová odvětví používají Mohsovu stupnici k určení trvanlivosti materiálu a odolnosti proti poškrábání, což ovlivňuje životnost a účinnost produktů. Zde je několik příkladů:

• Šperky a drahokamy: Tvrdší kameny, jako diamanty, rubíny a safíry, jsou ceněny pro svou odolnost proti poškrábání, která si zachovává jejich lesk v průběhu času. Měkčí kameny, jako opály a perly, jsou méně odolné a často se používají v chráněných prostředích.
• Konstrukce a podlahy: Materiály jako žula bohatá na křemen jsou ceněny pro svou tvrdost, díky čemuž jsou vhodné na pracovní desky a podlahy. Tvrdost zajišťuje odolnost proti opotřebení, poškrábání a rozbití.
• Brusivo a řezné nástroje: Korund i diamant se používají v průmyslových brusivech a řezných nástrojích. Jsou účinné při broušení, leštění a tvarování tvrdších materiálů, jako je kov a sklo.
• Výroba skla a keramiky: Materiály jako křemen a živec se používají v keramice a skle kvůli jejich trvanlivosti a tepelné odolnosti. Mohsova stupnice pomáhá výrobcům vybírat suroviny, které odolávají opotřebení při každodenním používání.

3. Spotřební zboží a odolnost proti poškrábání

Pro testování je užitečná Mohsova stupnice spotřebních výrobků jako jsou obrazovky smartphonů, čočky a pracovní desky. Například, obrazovky z tvrzeného skla často mají tvrdost kolem 6–7 na Mohsově stupnici, díky čemuž jsou odolné vůči většině každodenních oděrek.

Omezení Mohsovy stupnice tvrdosti

Přes svou užitečnost má Mohsova stupnice určitá omezení, zejména pro přesné vědecké a průmyslové aplikace:

1. Spíše kvalitativní než kvantitativní: Mohsova stupnice je a relativní měřítko a neodráží skutečný rozdíl v tvrdosti mezi minerály. Například diamant (10) je výrazně tvrdší než korund (9), přesto škála nekvantifikuje tento rozdíl přesně.
2. Různé typy tvrdosti: Mohsova stupnice měří odolnost proti poškrábání, ale nebere v úvahu jiné formy tvrdosti (jako vtlačení nebo lomová houževnatost). Nereprezentuje tedy plně trvanlivost nebo odolnost materiálu za všech podmínek.
3. Neaplikovatelnost na moderní materiály: Stupnice byla vyvinuta pro přírodní minerály a neobsahuje moderní syntetické materiály ani kovy. Tvrdší materiály, jako některá syntetická keramika, nezapadají do tradičního měřítka.
4. Variabilita mezi minerály: Minerály s podobnou tvrdostí se mohou lišit v trvanlivosti. Například křemen a některé syntetické materiály mohou mít podobné Mohsovo hodnocení, ale při dlouhodobé zátěži se chovají odlišně.

Testování pomocí Mohsovy stupnice tvrdosti

Použití Mohsovy stupnice při testování zahrnuje poškrábání neznámého materiálu referenčními materiály. Zde je obecný postup testování:

1. PŘÍPRAVA: Vyberte čerstvý povrch minerálu, abyste zajistili přesné výsledky.
2. Testování škrábanců: Vyberte materiál známé tvrdosti, jako je ocelový hřebík nebo kus skla. Mírným tlakem zkontrolujte, zda nepoškrábe neznámý minerál.
3. Opakujte podle potřeby: Pokud je minerál poškrábaný, opakujte s měkčími materiály, abyste zjistili přibližnou tvrdost.

Pokročilé stupnice tvrdosti

Moderní průmysl se rozvinul kvantitativní zkoušky tvrdosti pro větší přesnost:

• Zkouška tvrdosti podle Vickerse: Měří tvrdost zatlačením diamantového indentoru do materiálu. Používá se na kovy a keramiku.
• Rockwellovy a Brinellovy testy: Běžné u kovů a slitin, tyto testy měří vtiskovou tvrdost a poskytují číselné hodnoty tvrdosti.

Mohsova stupnice nemusí být tak přesná jako tyto testy, ale zůstává pro ně velmi relevantní testování v terénu, vzdělávací účely a rychlá srovnání.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Jedno Mohsova stupnice tvrdosti je neocenitelný nástroj, který přetrvává jako jednoduchá, ale účinná metoda identifikace minerálů. Navzdory svým omezením poskytuje škála vhled do vlastnosti a použitelnost materiálů, zejména v geologii a nauce o materiálu. Přístupnost váhy umožňuje, aby byla oblíbená amatéři, pedagogové i profesionálové, sloužící jako všestranný standard pro měření tvrdosti v různých aplikacích.