Twardość minerału

Czy wysoka twardość minerału czyni go niezniszczalnym?

Wielu z was uważa, że skoro większość minerałów stosowanych w jubilerstwie ma stosunkowo wysoką twardość to znaczy, że można sobie pozwolić na niedbałe obchodzenie się z biżuterią z nich wykonaną, np. upuszczać ją na podłogę, dawać dzieciom do zabawy, zakładać do sprzątania, nosić podczas gry w squasha. Potem docierają do nas skargi, że kamień pękł: „Czy to normalne, że pękł? Może był wadliwy?”  Żeby w przyszłości uniknąć takich sytuacji wyjaśnijmy sobie raz a dobrze, co to jest tak naprawdę twardość minerału.

Twardość minerału to odporność jego powierzchni na zarysowanie (ścieranie) przy pomocy innego materiału. Twardość zależy od budowy wewnętrznej kryształu, a konkretnie od wielkości atomów i jonów oraz rodzaju łączących je wiązań – im mniejsze i gęściej upakowane atomy i jony, tym wyższa twardość minerału. Ponieważ większość minerałów to substancje anizotropowe, ich twardość będzie się różnić w zależności od kierunku zarysowania.

Jak określamy twardość minerału?

W specjalistycznych pracowniach geologicznych twardość minerału mierzy się za pomocą sklerometru. Badanie tym przyrządem polega na umieszczeniu próbki na stoliku obrotowym, rysowaniu jej powierzchni ostrzem diamentowym lub stalowym przy stopniowym zwiększaniu nacisku. Następnie określa się obciążenie potrzebne do wykonania rysy. Twardość minerału można też badać mierząc jego odporność na szlifowanie (metoda Rosivala) lub na wtłaczanie diamentowej piramidki w jego powierzchnię (metody Vickersa, Rockevala, Brinella). Są to jednak sposoby mniej dokładne niż pomiar sklerometrem i stosowane raczej wyłącznie do badania twardości metali.

Krzemień pasiasty składa się głównie z kwarcu, który ma twardość 7

Istnieje jeszcze jedna metoda określania twardości minerału – stara, dosyć prymitywna, ale, co najważniejsze, skuteczna i niewymagająca specjalistycznego sprzętu. Jest to metoda oznaczania twardości względnej przy pomocy skali twardości Mohsa. Niemiecki fizyk i geolog Fryderyk Mohs w 1812 roku stworzył dziesięciostopniową skalę twardości. Jest to szereg 10 minerałów wzorcowych ułożonych po kolei, zgodnie ze wzrastającą twardością. Badanie przy pomocy tej skali polega na zarysowaniu próbki minerałami wzorcowymi o znanej wartości. Jest to metoda pomiaru porównawczego (względnego). Oznacza to, że twardość nie rośnie proporcjonalnie. Na przykład diament, który w skali Mohsa ma twardość 10 jest tak naprawdę około 140 razy twardszy od korundu, który ma twardość 9 i około 1170 razy twardszy od kwarcu, który ma twardość 7.

Skala twardości Mohsa

Skala Mohsa jest bardzo często wykorzystywana przez geologów w badaniach terenowych. Nawet jeśli nie mamy ze sobą próbek minerałów wzorcowych, to za pomocą prymitywnych przyrządów (drutu miedzianego, ostrza noża) możemy w przybliżeniu oszacować twardość znalezionego okazu.

No więc jak to jest z tym diamentem?

W pewnej powieści fantasy (nie pamiętam tytułu), bohaterowie używają diamentowych mieczy lub sztyletów. Zapewne autor założył, że skoro diament jest taki twardy (10 w skali Mohsa), to gdyby jego kryształy były odpowiednio duże, można by z niego robić niezniszczalną broń białą. No cóż. W powieściach fantasy wszystko jest możliwe. Nawet to, że diamenty są równocześnie twarde i odporne na uderzenia. ALE W RZECZYWISTOŚCI TAK NIE JEST!!! Twardość nie ma nic wspólnego z kruchością minerału. Diament jest twardy (odporny na zarysowanie i ścieranie), ale kruchy (można go rozbić). Diamentowy miecz w starciu ze stalowym nie miałby szans. Odmiany kwarcu (7 w skali Mohsa) takie jak agat, ametyst, krzemień pasiasty itd., z których biżuterię tak chętnie nosimy, również są stosunkowo kruche i jeśli uderzymy nimi o ścianę, albo, co gorsza, o podłogę z płytek, to pękną. I to trzeba sobie zapamiętać raz na zawsze, żeby potem nie było żalów i lamentów. Kruchość kamieni ozdobnych jest przyczyną, dla której oprawia się je w srebro lub inne metale. Metal zapewnia kamieniowi pewną ochronę.

Oczywiście nie wszystkie minerały są kruche. Nefryt trudniej jest rozbić, mimo że jego twardość nie jest wysoka. Właściwość tę zawdzięcza niezwykle zwięzłym skupieniom tremolitu, z którego jest zbudowany.

Autor:
Olga Siemońska – artysta jubiler, rzeczoznawca kamieni szlachetnych, filolog