Mohsova stupnice minerální tvrdosti - Mohs scale of mineral hardness

Otevřená dřevěná krabice s deseti oddíly, z nichž každá obsahuje očíslovaný minerální vzorek.
Mohsova souprava tvrdosti obsahující jeden vzorek každého minerálu na desetibodové stupnici tvrdosti

The Mohsova stupnice minerální tvrdosti (/moʊz/) je kvalitativní pořadová stupnice charakterizující odolnost proti poškrábání různých minerály díky schopnosti tvrdšího materiálu poškrábat měkčí materiál. Vytvořeno v roce 1812 Němcem geolog a mineralog Friedrich Mohs, je to jedna z několika definic tvrdost v věda o materiálech, z nichž některé jsou kvantitativnější.[1] Metoda srovnávání tvrdosti pozorováním, které minerály mohou poškrábat ostatní, je velmi starodávná, zmínil se o ní Theophrastus v jeho pojednání Na kamenech, C. 300 př. N.l., následován Plinius starší v jeho Naturalis Historia, C. AD 77.[2][3][4] I když výrazně usnadňuje identifikaci minerálů v terénu, Mohsova stupnice neukazuje, jak dobře fungují tvrdé materiály v průmyslovém prostředí.[5]

Používání

Navzdory nedostatečné přesnosti je Mohsova stupnice relevantní pro polní geology, kteří ji používají k hrubé identifikaci minerálů pomocí stíracích souprav. Mohsovu tvrdost minerálů lze běžně nalézt v referenčních listech.

Mohsova tvrdost je užitečná frézování. Umožňuje posoudit, který druh mlýna nejlépe sníží daný produkt, jehož tvrdost je známá.[6] Stupnice se používá u výrobců elektroniky k testování odolnosti komponent plochého displeje (například krycího skla pro LCD nebo zapouzdření pro OLED ).

Mohsova stupnice byla použita k vyhodnocení tvrdosti obrazovek smartphonů. Většina moderních displejů chytrých telefonů používá Gorilla Glass který škrábe na úrovni 6 s hlubšími drážkami na úrovni 7 podle Mohsovy stupnice tvrdosti.[7]

Minerály

Mohsova stupnice tvrdosti minerálu je založena na schopnosti jednoho přírodního vzorku minerálu viditelně poškrábat jiný minerál. Mohsovy vzorky hmoty jsou různé minerály. Minerály jsou chemicky čisté pevné látky vyskytující se v přírodě. Horniny jsou tvořeny jedním nebo více minerály. Jako nejtěžší známá přirozeně se vyskytující látka, když byla stupnice navržena, diamanty jsou v horní části stupnice. Tvrdost materiálu se měří proti stupnici tak, že se najde nejtvrdší materiál, který může daný materiál poškrábat, nebo nejměkčí materiál, který ho může poškrábat. Například pokud je nějaký materiál poškrábán apatitem, ale ne fluoritem, jeho tvrdost na Mohsově stupnici by klesla mezi 4 a 5.[8] „Škrábání“ materiálu pro účely Mohsovy stupnice znamená vytváření neelastických dislokací viditelných pouhým okem. Materiály, které jsou nižší na Mohsově stupnici, mohou často vytvářet mikroskopické, neelastické dislokace na materiálech, které mají vyšší Mohsovo číslo. I když jsou tyto mikroskopické dislokace trvalé a někdy poškozují strukturální integritu tvrdšího materiálu, nejsou považovány za „škrábance“ pro určení Mohsova čísla.[9]

Mohsova stupnice je čistě pořadová stupnice. Například, korund (9) je dvakrát tak tvrdý jako topas (8), ale diamant (10) je čtyřikrát tvrdší než korund. Níže uvedená tabulka ukazuje srovnání s absolutní tvrdost měřeno a sklerometr, s obrázkovými příklady.[10][11]

Mohsova tvrdostMinerálníChemický vzorecAbsolutní tvrdost[12]obraz
1MastekMg3Si4Ó10(ACH)21Mastek block.jpg
2SádraCaSO4· 2H2Ó2Gypse Arignac.jpg
3KalcitCaCO314Calcite-sample2.jpg
4FluoritCaF221Fluorit s pyritem železa.jpg
5ApatitCa.5(PO4)3(ACH−, Cl−,F−)48Apatite Canada.jpg
6Živice ortoklasyKAlSi3Ó872OrthoclaseBresil.jpg
7KřemenSiO2100Quartz Brésil.jpg
8TopasAl2SiO4(ACH−,F−)2200Topaz cut.jpg
9KorundAl2Ó3400Cut Ruby.jpg
10diamantC1500Drsný diamant.jpg

Na Mohsově stupnici, a pruhová deska (neglazované porcelán ) má tvrdost přibližně 7,0. Použití těchto běžných materiálů o známé tvrdosti může být jednoduchým způsobem, jak aproximovat polohu minerálu na stupnici.[1]

Střední tvrdost

Níže uvedená tabulka obsahuje další látky, které mohou spadat mezi úrovněmi:[13]

TvrdostLátka nebo minerál
0.2–0.3cesium, rubidium
0.5–0.6lithium, sodík, draslík
1mastek
1.5galium, stroncium, indium, cín, baryum, thalium, Vést, grafit, led[14]
2šestihranný nitrid boru,[15] vápník, selen, kadmium, síra, telur, vizmut, sádra
2–2.5halit (kamenná sůl ), nehet[16]
2.5–3zlato, stříbrný, hliník, zinek, lanthan, cer, proud
3kalcit, měď, arsen, antimon, thorium, dentin
3.5Platina
4fluorit, žehlička, nikl
4–4.5obyčejný ocel
5apatit (zubní sklovina ), zirkonium, palladium, obsidián (vulkanické sklo )
5.5berylium, molybden, hafnium, sklenka, kobalt
6ortoklasu, titan, mangan, germanium, niob, uran
6–7tavený křemen, pyrit železa, křemík, ruthenium, iridium, tantal, opál, peridot, tanzanit, rhodium, nefrit
7osmium, křemen, rhenium, vanadium
7.5–8smaragd, beryl, zirkon, wolfram, spinel
8topas, kubický zirkon, vylepšené kalená ocel jako je ocel REX 121
8.5chrysoberyl, chrom, nitrid křemíku, karbid tantalu
9korund (zahrnuje safír a rubín ), karbid wolframu, nitrid titanu
9–9.5karbid křemíku (karborundum), karbid wolframu, karbid tantalu, karbid zirkonia, oxid hlinitý, karbid berylia, karbid titanu, borid hlinitý, karbid boru.[poznámka 1][17][18]
9,5 – téměř 10bór, nitrid boru, ribium diborid (A-osa),[19] stishovite, titan diborid, moissanit (krystalická forma karbidu křemíku)
10diamant, carbonado

Srovnání s Vickersovou stupnicí

Tento seznam je neúplný; můžete pomoci přidání chybějících položek s spolehlivé zdroje.

Srovnání Mohsovy tvrdosti a Vickersova tvrdost:[20]

Minerální
název		Tvrdost (Mohs)Tvrdost (Vickers)
(kg / mm2)
Grafit1–2VHN10 = 7–11
Cín1.5VHN10 = 7–9
Vizmut2–2.5VHN100 = 16–18
Zlato2.5VHN10 = 30–34
stříbrný2.5VHN100 = 61–65
Chalkokit2.5–3VHN100 = 84–87
Měď2.5–3VHN100 = 77–99
Galenit2.5VHN100 = 79–104
Sfalerit3.5–4VHN100 = 208–224
Heazlewoodit4VHN100 = 230–254
Carrollite4.5–5.5VHN100 = 507–586
Goethite5–5.5VHN100 = 667
Hematit5–6VHN100 = 1,000–1,100
Chromit5.5VHN100 = 1,278–1,456
Anatase5.5–6VHN100 = 616–698
Rutil6–6.5VHN100 = 894–974
Pyrit6–6.5VHN100 = 1,505–1,520
Bowieite7VHN100 = 858–1,288
Euclasa7.5VHN100 = 1,310
Chrom8.5VHN100 = 1,875–2,000

Viz také

Poznámky

  1. ^ Úroveň tvrdosti karbidy z následujících prvků spadá mezi 9 a 10:[17][18] Ž, Ta, Zr, Být, Ti, Si, B.

Reference

  1. ^ A b "Mohsova tvrdost" v Encyklopedie Britannica online
  2. ^ Theophrastus na kamenech. Farlang.com. Citováno 2011-12-10.
  3. ^ Plinius starší. Naturalis Historia. Kniha 37. kap. 15. ADamas: jeho šest druhů. Dva prostředky.
  4. ^ Plinius starší. Naturalis Historia. Kniha 37. kap. 76. Metody zkoušení drahých kamenů.
  5. ^ Tvrdost Archivováno 2014-02-14 na Wayback Machine. Nedestruktivní testovací centrum zdrojů
  6. ^ "Zmenšení velikosti, rozmělnění - broušení a frézování". PowderProcess.net. Citováno 27. října 2017.
  7. ^ https://www.youtube.com/watch?v=7jD5Gkh4K34&feature=youtu.be&t=101
  8. ^ Americká federace mineralogických společností. „Mohsova stupnice minerální tvrdosti“. amfed.org
  9. ^ Geels, Kay. „Skutečná mikrostruktura materiálů“, str. 5–13 palců Materialografická příprava od Sorbyho po současnost. Struers A / S, Kodaň, Dánsko - archivováno 7. března 2016
  10. ^ Galerie minerálů Ametystových galerií Co je důležité na tvrdosti?. galleries.com
  11. ^ Minerální tvrdost a stupnice tvrdosti Archivováno 2008-10-17 na Wayback Machine. Vnitrozemské lapidárium
  12. ^ Mukherjee, Swapna (2012). Aplikovaná mineralogie: Aplikace v průmyslu a životním prostředí. Springer Science & Business Media. p. 373. ISBN  978-94-007-1162-4.
  13. ^ Samsonov, G.V., ed. (1968). "Mechanické vlastnosti prvků". Příručka fyzikálně-chemických vlastností prvků. New York: Plénum IFI. p. 432. doi:10.1007/978-1-4684-6066-7. ISBN  978-1-4684-6068-1.
  14. ^ „Led je minerál“ Archivováno 2015-10-30 na Wayback Machine v Zkoumání ledu ve sluneční soustavě. messenger-education.org
  15. ^ Berger, Lev I. (1996). Polovodičové materiály (První vydání). Boca Raton, FL: CRC Press. p.126. ISBN  978-0849389122.
  16. ^ „Mohsova stupnice tvrdosti: Testování odolnosti vůči poškrábání“. geology.com.
  17. ^ A b "Tabulky tvrdosti materiálu, Ted Pella, Inc". www.tedpella.com. Citováno 2019-05-09.
  18. ^ A b "Tabulka tvrdosti" (PDF). Citováno 2019-05-09.
  19. ^ Levine, Jonathan B .; Tolbert, Sarah H .; Kaner, Richard B. (2009). „Pokrok v hledání superhardových ultra-nestlačitelných boridů kovů“ (PDF). Pokročilé funkční materiály. 19 (22): 3526–3527. doi:10.1002 / adfm.200901257. Archivovány od originál (PDF) dne 04.03.2016. Citováno 2015-12-08.
  20. ^ Ralph, Jolyon. „Vítejte na mindat.org“. mindat.org. Hudsonův institut mineralogie. Citováno 16. dubna 2017.

Další čtení