Минералогия - Бетехтин А.Г.
Скачать (прямая ссылка):
1 Понятие твердость тела до сих пор с определенностью не установлено, несмотря на большие исследования этого вопроса. Различают твердости царапания,, сверления, давления, шлифования. Результаты исследований всеми этими методами показывают, что мы, по существу, имеем дело с неодинаковыми по своей природе: физическими явлениями. і
За эталоны этой шкалы приняты следующие минералы в порядке твердости от 1 до 10:
1. Тальк..........Mg3[Si4O10][OH]2
2. Гипс...........CaSO4-2H2O
3. Кальцит.........CaCO3
4 Флюорит ........CaF2
5. Апатит.........Ca5[PO4J8F
6. Ортоклаз........KAISi3O8
7. Кварц..........SiO2
8. Топаз..........AL[SiO4](F,OH)2
9. Корунд......... Al8O3
10. Алмаз..........С
Определение твердости исследуемого минерала производится путем установления, какой из эталонных минералов он царапает последним. Например, если исследуемый минерал царапает апатит, а сам царапается ортоклазом, то это значит, что его твердость заключается между 5 и 6.
Этот простой, хотя и грубый метод определения твердости минералов вполне удовлетворяет нас при диагностике минералов. На фиг. 49
по Mо осу
Практические единицы 2500-200040 210-/75=5
2000-1400^3.5
1400-850*3
850-650=85
850-420--8
420-320-75
320-255=7
255-240=65
240-220=6.
220-210=5.5
175-125=4.5
125-/00=4
100-30=3.5
30-50=3
50-20=2.5
20-10 '2
(0-1=1
Алмаз 10=2500
500
/ООО 1500-
Абсолютная по Ауэрбаху
2000
2500
Фиг. 49. Соотношение твердостей по Моосу и Ауэрбаху
приведено сопоставление данных по шкале Мооса с данными так называемой абсолютной шкалы Ауэрбаха, где можно видеть, насколько неравномерны ступени шкалы Мооса. Однако в пределах твердостей 2—7, которые характеризуют главную массу минералов, существуют более или менее правильные соотношения твердостей по Моосу.
В пределах значений по шкале Мооса у большинства минералов на различных гранях и сколах твердость является более или менее постоянной, хотя известны примеры, когда она меняется в зависимости от направления царапания. Например, у минерала дистена (Al2SiO5) в направлении удлинения твердость равна 4.5, а в перпендикулярном направлении на той же плоскости — 6—7. Поэтому не случайно этот минерал называется дистеном (ди — по-гречески «двояко», стенос — «сопротивляющийся»).
Более точные определения твердости минералов с научно-исследовательской целью производят на специальных приборах — склерометрах, с помощью специального алмазного или металлического острия. Мы не будем останавливаться на рассмотрении этих устройств. Приве-
дем лишь некоторые выводы, полученные при детальном изучении явлений нарушения поверхностей кристаллов методом царапания.
Прежде всего выяснилось, что твердость кристаллических тел обладает векториальными свойствами (анизотропией), т. е. в различных направлениях в кристалле она не одинакова. Это относится даже к минералам кубической сингонии. В качестве примера на фиг. 50 приведена «розетка твердости» на грани куба каменной соли.
Если испытываемая плоскость кристалла ориентирована перпендикулярно к плоскости спайности, то в направлении, параллельном следу плоскости спайности, она обнаруживает наименьшие, а в перпендикулярном направлении — наибольшие значения твердости.
Для разных кристаллов одного и того же минерала «розетки твердости» получаются не всегда одинаковыми. Допускают, что причиной этого явления служат примеси.
С кристаллохимической точки зрения твердость кристаллических тел зависит от типа структуры и прочности связей атомов (ионов). Хотя в этой области мы располагаем еще очень неполными данными, все же некоторые положения установлены с достаточной степенью определенности.
Для ионных кристаллических тел путем сопоставления ряда эмпирических данных выявляется, что твердость, в общем, прямо пропорциональна плотности решеток. С увеличением межионных расстояний для данного типа соединений она падает:
Фиг. 50. «Розетка твердости» на грани куба каменной соли
Расстояние А—X . Твердость по Моосу
BeO
MgO
CaO
SrO
BaO
1.55
2.10
2.40
2.57
2.11 к
9
6.5
4.5
3.5
3.3
Установлено также, что для соединений, кристаллизующихся в одинаковой структуре, с близкими межионными расстояниями, с увеличением валентности, т. е. зарядов ионов, твердость возрастает.
Для гомополярных кристаллических тел зависимость прочности связи от межатомных растояний аналогична зависимости в ионных решетках. Однако сама прочность ковалентных связей для разных соединений варьирует в весьма широких пределах. Например, в соединениях с четырьмя ковалентными связями в их структурах, таких как AgCl (кераргирит), AgBr (бромирит) и AgJ (иодирит), устанавливается низкая твердость 1—1.5; алмаз является самым твердым минералом в природе.
В металлах, обладающих структурами с координационными числами' 12 (с плотнейшей упаковкой шаров), твердость, как правило, небольшая (не выше 3—4). Таковы, например, медь, серебро, золото и др.
Молекулярные соединения многих органических веществ, характеризующиеся слабыми вандерваальсовскими связями между молекул лами, обладают естественно низкими твердостями (минералы группы парафина и др.). Из неорганических соединений сюда принадлежат: самородная сера (ромбической модификации), в которой восьмиатом^ ные молекулы слабо связаны между собой (твердость около 2), минералы со слоистыми решетками, которые рассматривают как большие плоские молекулы с ионными связями внутри слоев, но между
