твърдост на камъка
Твърдостта на камъка е съпротивлението, което повърхността му оказва, когато се опитва да го надраска с друг камък или друг предмет; твърдостта е мярка за свързаността на атомната структура на веществото. Всеки собственик на диамантен пръстен знае, че диамантът лесно надрасква стъклото на прозореца. Ако започнем да опитваме други скъпоценни камъни, ще открием, че те също драскат стъклото, но не толкова лесно, и ако продължим този експеримент, ще открием, че топазът драска стъклото на прозореца, но корундът оставя драскотини върху самия топаз, който от своя страна се поддава на всемогъщия диамант. Следователно има значителни разлики в способността на скъпоценните камъни да издържат на износване, абразия, т.е. обикновено се казва, че камъните варират по твърдост. За да опрости начина на изразяване на това свойство, минералогът Фридрих Моос разработи в началото на миналия век следната условна скала, която се използва широко и днес:
Скала на твърдост (скала на Mohs)
1. Талк. 2. Гипс. 3. Калцит. 4. Флуорит. 5. апатит. 6. Фелдшпат. 7. Кварц. 8. Топаз. 9. Корунд. 10. Диамант.
За практически цели е полезно да запомните, че нокътят драска мазилка и по-меки материали и че обикновеното прозоречно стъкло е малко по-меко от фелдшпат, докато стоманеното острие на ножа е малко по-твърдо от фелдшпат, доближава се до кварца по твърдост и лесно драска стъклото. Тъй като различните видове скъпоценни камъни са поне толкова твърди, колкото кварца, те лесно се различават от подобни меки стъклени изделия с пила; преди да бъде въведен рефрактометърът, това беше практически единственият начин в бижутерския бизнес да се проверяват фасетираните камъни.
Като казваме, че камъкът има твърдост 7, имаме предвид товане драска кварца и кварца не го драска. Числото на скалата за твърдост показва само реда в разпределението на твърдостта, но няма никакво количествено значение. Това е важно да се има предвид, тъй като тук често се допускат грешки. Невъзможно е например да се предположи, че диамантът (10) е два пъти по-твърд от апатита (5) или че твърдостта на топаз и шпинел (8) е 80% от твърдостта на диаманта. Всъщност интервалът между диамант и корунд е много по-голям, отколкото между корунд и талк, най-мекият минерал. Междинните степени на твърдост се изразяват като дроби. По този начин числото 8 1/2, отнасящо се до хризоберил, означава, че той драска топаз почти по същия начин, както се драска с корунд. Гранатният пироп е малко по-твърд от кварца (7) и малко по-мек от берила (7 1/2), така че неговата твърдост е посочена като 7 1/4.
Поради характеристиките на правилната атомна структура, характерна за всички кристални вещества, твърдостта на един и същи камък може да бъде различна в различни посоки. Кианитът се откроява сред другите минерали с голяма разлика в твърдостта в различни посоки: твърдостта му варира от 5 до 7, като в някои посоки пробата се надрасква с нож, но не и в други. За повечето вещества обаче този интервал е толкова малък, че не е възможно да се открие разлика с помощта на конвенционални методи.
Бижутерите са установили, че проби от едни и същи минерали, получени от различни места, се различават една от друга по сложността на процеса на рязане и полиране. Така се казва, че диамантите от Калимантан и Нов Южен Уелс са много по-твърди от диамантите от Южна Африка и други места и че възникват известни трудности при тяхното шлифоване. Установено е също, че цейлонските сапфири са по-твърди от рубините, а кашмирските са по-меки. Въпреки че твърдостта, подобно на други физически характеристики,може да варира от кристал до кристал дори от един и същи минерален вид (поради промяна в химичния състав поради изоморфното заместване на един елемент с друг), това не обяснява разликите, открити от бижутерите. Тук се наслагва още едно свойство, което може да се нарече здравина или якост. Възниква в резултат на побратимяване, което понякога има полисинтетичен характер, и в резултат на други нарушения на непрекъснатостта на вътрешната структура. Сдвояването на диаманта, което често е трудно да се разпознае, може да бъде причината, поради която различните камъни изискват различно количество работа за рязане. Същото обяснение е валидно и за случая на рубин и сапфир.
За измерване на твърдостта на минералите са правени опити за прилагане на различни методи, базирани на устойчивостта на камъните към надраскване, абразия, пробиване, пробиване и повърхностна деформация. Основната характеристика на тези опити е много лошото съответствие между резултатите. Очевидното заключение е, че резултатите от различни методи не са сравними и че кохезията в минералите е изключително сложно свойство.
Въпреки че определянето на твърдостта е от малка помощ при определянето на скъпоценен камък, самата тази характеристика е много важна за камъка в бижутата, тъй като твърдостта е тази, която определя издръжливостта на полирането и блясъка му. Обикновеният прах е основно най-малките частици кварц, така че твърдостта на скъпоценния камък трябва да бъде най-малко 7. Стъклените пасти имат твърдост само малко по-висока от 5 и следователно, както показва опитът, тяхното полиране може да издържи само няколко седмици постоянно износване, да не говорим за разрушителния ефект на вредните примеси във въздуха върху тяхната повърхност.
Тестът за твърдост е доста подходящ за разграничаване на кварц и по-твърди скъпоценни камъни от технитеимитации на стъкло, тъй като последните се пилят лесно. Този тест е особено полезен в случай на диамант, тъй като той, тъй като е много по-твърд от всеки друг скъпоценен камък, оставя драскотина върху стъклото много по-дълбока, отколкото може да направи рубин или сапфир.
Тестът за твърдост не може да се препоръча за обща употреба, тъй като съществува очевиден риск от повреда на камъка. Ако камъкът е поставен в обстановка, препоръчително е да го извадите оттам и да го тествате върху ръба на камъка, тъй като след това надрасканото място може да бъде напълно затворено чрез повторно поставяне на камъка в обстановката. Всякакви петна трябва да се изтъркат, за да се уверите, че не се дължат на проникването на абразивен прах, тъй като ако две вещества са с приблизително еднаква твърдост, често възниква объркване. Ако по една или друга причина е необходимо да се определи твърдостта на фасетиран камък, по-добре е да се опитате да надраскате някаква плоча с ъгъла на този камък, а не да надраскате камъка с връх, тъй като в първия случай опасността от повреда на камъка е по-малка. За удобство при тестване на минерали за твърдост се използват така наречените референтни точки, в които парчета материал с известна твърдост се вкарват в малки държачи; поради вече посочените причини е изключително нежелателно да се използват за фасетирани камъни и ако това е неизбежно, тогава трябва да се подхожда с най-голямо внимание.