Skala Mohsa - klucz do pomiaru twardości minerałów.

Skala Mohsa to jedno z najbardziej popularnych narzędzi wykorzystywanych w geologii i mineralogii do pomiaru twardości minerałów. Opracowana przez niemieckiego mineraloga Friedricha Mohsa w 1812 roku, skala ta stała się podstawowym narzędziem służącym do porównywania twardości różnych minerałów. Wartość skali Mohsa wynika z jej prostoty i łatwości użycia, co sprawia, że jest ona powszechnie stosowana zarówno przez naukowców, jak i pasjonatów mineralogii.

Jak działa skala Mohsa?

Skala Mohsa skupia się na twardości minerałów, czyli ich odporności na zarysowania i ścieranie. W skali tej, minerały są uporządkowane od najmniejszej do największej twardości, przy czym twardość każdego kolejnego minerału jest większa niż poprzedniego. Skala składa się z dziesięciu minerałów, z których każdy jest twardszy od poprzedniego.

Skala Mohsa to relatywna skala, co oznacza, że porównuje twardość różnych substancji względem siebie. To oznacza, że twardość jednego minerału może być określana przez inny minerał, jeśli ten drugi jest w stanie zarysować pierwszy. Na przykład, minerał o twardości 5 (apatyt) zostanie zarysowany przez minerał o twardości 6 (ortoklaz), ale zarysuje minerał o twardości 4 (fluoryt). Nie jest to jednak precyzyjna miara twardości absolutnej, która byłaby miarą bezwzględną.

W warunkach laboratoryjnych twardość absolutną można mierzyć za pomocą sklerometrów, które zapewniają dokładniejsze wyniki. 

Twardość absolutną można zmierzyć, ale takiego pomiary należy dokonać w warunkach laboratoryjnych. W tym celu, wykorzystuje się sklerometr (wynaleziony w 1896 roku prze Thomasa Turnera, profesora metalurgii z Wielkiej Brytanii), który jest przyrządem do badania twardości skały. W drodze badania, wykonuje się rysę oszlifowanej wcześniej płytce skały, którą dodatkowo obciąża się, np. odważnikiem.  

Ogólna zasada zastosowania sklerometru została przedstawiona na poniższym filmie.

Złoto, srebro, platyna i pallad na skali Mohsa

Złoto jest miękkim metalem, a jego twardość wynosi około 2,5 na skali Mohsa. Może być zarysowane przez minerały o większej twardości, takie jak talk.

Srebro jest również miękkim metalem, a jego twardość jest zbliżona do twardości złota, czyli około 2,5 na skali Mohsa. Podobnie jak złoto, srebro jest podatne na zarysowania przez minerały o wyższej twardości.

Platyna jest metaliczna i stosunkowo twarda. Jej twardość na skali Mohsa wynosi około 4-4,5. Jest twardsza niż złoto i srebro, ale nadal może być zarysowana przez pewne minerały o większej twardości.

Pallad jest podobny do platyny pod względem twardości. Jego twardość na skali Mohsa również wynosi około 4-4,5. Jest twardszy niż złoto i srebro, ale nadal jest mniej twardy niż wiele innych metali.

Dodanie metali do monet bulionowych i biżuterii

Biorąc pod uwagę fakt, że najpopularniejsze metale szlachetne są relatywnie miękkie, wykorzystanie ich do produkcji np. monet bulionowych czy biżuterii, implikuje potrzebę dodania innych metali, takich jak: miedź czy ołów. Powyższy proces znany jako stopienie ma kilka celów:

• zwiększenie wytrzymałości: Czyste złoto i srebro są stosunkowo miękkie, co oznacza, że są podatne na zarysowania, odkształcenia i inne uszkodzenia mechaniczne. Dodając inne metale, takie jak miedź, można poprawić wytrzymałość monet, co sprawia, że są one bardziej odporne na zużycie. Dodając inne metale, takie jak miedź czy nikiel, poprawia się również wytrzymałość i trwałość biżuterii,
• poprawa odporności na korozję: Czyste złoto i srebro mogą być podatne na korozję. Dodając inne metale, można zwiększyć odporność monet na działanie czynników atmosferycznych, co pomaga utrzymać ich estetyczny wygląd przez dłuższy czas,
• regulacja koloru: Na przykład, dodając miedź do złota, można uzyskać cieplejszy odcień złota. Stosowanie różnych stopów pozwala na osiągnięcie różnych efektów kolorystycznych, co ma znaczenie w projektowaniu biżuterii,
• kontrola kształtu i formy: Czyste złoto i srebro mogą być trudne do formowania w precyzyjne kształty ze względu na ich miękkość. Dodawanie innych metali pozwala na kontrolowanie procesu formowania i uzyskiwanie bardziej skomplikowanych kształtów,
• kontrola kosztów: Czyste złoto i srebro są kosztowne, a dodawanie tańszych metali, takich jak miedź, pozwala obniżyć koszty produkcji monet bulionowych. Monety te nadal zachowują swoją wartość nominalną, ale ich skład może być bardziej opłacalny.

Przy produkcji monet bulionowych istnieje zwykle określony standard stopu, który określa procentowy udział poszczególnych metali w stopie. Jest to kontrolowane, aby zapewnić odpowiednią jakość monet i spełnić oczekiwania inwestorów oraz kolekcjonerów.

Dla przykładu, poniżej prezentujemy procentowy udział metali w stopie kilku najpopularniejszych jednouncjowych monet bulionowych:

• Krugerrand – ca. 91,6 % złoto, 8,34% miedź,
• Wiedeński Filharmonik – 99,9% złoto,
• Britannia - produkowana do 2012 r., ca. 91,6% złoto, 8,33% srebro; od 2013 r., 99,9% złoto,
• Kanadyjski Liść Klonowy - 99,9% złoto,
• Amerykański Orzeł - 91,67% złoto, 5,33% miedzi, 3% srebro.

Zastosowanie skali Mohsa

Skala Mohsa ma wiele praktycznych zastosowań w dziedzinie geologii, mineralogii, a także w przemyśle. Oto kilka zastosowań tej skali:

Rozpoznawanie minerałów 

Skala Mohsa jest często używana do identyfikacji nieznanych minerałów na podstawie ich twardości. Porównując twardość badanego minerału z twardościami minerałów znanego składu, geolodzy mogą określić, o jaki minerał może chodzić.

Przemysł jubilerski

W przemyśle jubilerskim skala Mohsa jest wykorzystywana do oceny twardości kamieni szlachetnych. Diament, będący najtwardszym minerałem na skali, jest używany do szlifowania i polerowania innych kamieni.

Przemysł budowlany

W budownictwie skala Mohsa jest stosowana do oceny twardości różnych kamieni używanych w konstrukcjach. To pomaga inżynierom dobrać odpowiednie materiały do konkretnego zastosowania.

Edukacja

Skala Mohsa jest również szeroko używana w celach edukacyjnych i przez entuzjastów mineralogii, którzy chcą lepiej zrozumieć i klasyfikować różne minerały.

Wnioski

Pomimo swojej prostoty, skala Mohsa jest niezwykle użytecznym narzędziem w dziedzinie nauk o ziemi. Jej zastosowanie w praktyce pozwala na szybkie i względnie dokładne określenie twardości minerałów, co ma istotne znaczenie zarówno w badaniach naukowych, jak i w praktyce przemysłowej.