Mohsova stupnice tvrdosti
Mohsova stupnice tvrdosti řadí minerály podle schopnosti rýpat do jiných materiálů. Tabulka slouží jako rychlý orientační přehled srovnávací tvrdosti.
Mohsovu srovnávací stupnici tvrdosti minerálů sestavil v roce 1812 německý mineralog Friedrich Mohs. Princip je jednoduchý: minerál s vyšším číslem dokáže poškrábat minerál s číslem nižším, zatímco minerál s nižším číslem do tvrdšího minerálu vryp neudělá.
Stupnice je pořadová, nikoli lineární. Rozdíl mezi stupni 9 a 10 proto není stejný jako rozdíl mezi stupni 2 a 3. Diamant je fyzikálně mnohem tvrdší než korund, i když jsou v Mohsově stupnici uvedeny jen o jeden stupeň od sebe.
| Tvrdost | Minerál | Chemický název | Chemický vzorec |
|---|---|---|---|
| 1 | mastek | hydratovaný křemičitan hořečnatý | Mg3Si4O10(OH)2 |
| 2 | sádrovec | dihydrát síranu vápenatého | CaSO4·2H2O |
| 3 | kalcit | uhličitan vápenatý | CaCO3 |
| 4 | fluorit (kazivec) | fluorid vápenatý | CaF2 |
| 5 | apatit | fosforečnan vápenatý s fluoridem, chloridem nebo hydroxidem | Ca5(PO4)3(F,Cl,OH) |
| 6 | ortoklas (živec) | křemičitan hlinitodraselný | KAlSi3O8 |
| 7 | křemen | oxid křemičitý | SiO2 |
| 8 | topaz | fluor‑hydroxylový hlinitokřemičitan | Al2SiO4(F,OH)2 |
| 9 | korund | oxid hlinitý | Al2O3 |
| 10 | diamant | uhlík | C |
Metoda se používá hlavně v mineralogii, geologii a při rychlém orientačním určování minerálů v terénu. Pro přesné měření technických materiálů vhodná není, protože jednotlivé stupně nejsou stejně vzdálené a výsledek závisí i na směru krystalu, čistotě, struktuře a stavu povrchu.
Jak Mohsovu stupnici používat
Zkouška se provádí vrypem. Neznámý vzorek se zkouší porovnat s látkou známé tvrdosti. Pokud například křemen poškrábe zkoušený minerál, ale ortoklas nikoli, leží jeho tvrdost přibližně mezi 6 a 7. Při praktickém zkoušení je vhodné rozlišit skutečný vryp od pouhé stopy prachu nebo odřeniny na povrchu.
| Pomůcka | Přibližná tvrdost podle Mohse | Jak ji použít |
|---|---|---|
| nehet | asi 2 až 2,5 | poškrábe velmi měkké minerály, například mastek a často i sádrovec |
| měděná mince nebo měděný plíšek | asi 3 | pomůže odlišit kalcit a měkčí minerály |
| ocelový nůž | asi 5 až 6 | poškrábe apatit a měkčí minerály, ale nepoškrábe křemen |
| sklo | asi 5 až 6,5 | křemen sklo běžně poškrábe; kalcit nikoli |
| křemen | 7 | užitečná hranice pro mnoho běžných horninotvorných minerálů |
U cenných vzorků, leštěných ploch nebo šperků je nutné postupovat opatrně. Zkouška vrypem může povrch trvale poškodit.
Tabulka tvrdosti minerálů a látek
Následující tabulka je pouze orientační. U kovů, skel, slitin a přírodních materiálů se tvrdost může výrazně měnit podle složení, čistoty, krystalické struktury, tepelného zpracování a stavu povrchu.
| Látka | Tvrdost |
|---|---|
| Achát | 6–7 |
| Alabastr | 1,7 |
| Antracit | 2 |
| Antimon | 3 |
| Azbest | 2 |
| Asfalt | 1–2 |
| Bismut | 2,5 |
| Bor | 9,5 |
| Cesium | 0,2 |
| Cín | 1,8 |
| Draslík | 0,5 |
| Fosfor | 0,5 |
| Germanium | 6,25 |
| Grafit | 1–2 |
| Hliník | 2–3 |
| Hořčík | 2 |
| Chrom | 8,5–9 |
| Iridium | 6,5 |
| Kadmium | 2 |
| Kalcit | 3 |
| Karborundum | 9–9,5 |
| Kobalt | 5–5,5 |
| Křemík | 7 |
| Lithium | 0,6 |
| Magnetit | 5,5–6,5 |
| Mangan | 5–6 |
| Měď | 2,5–3 |
| Mosaz | 3–4 |
| Mramor | 3–4 |
| Nikl | 3,8 |
| Ocel | 4–8,5 |
| Olovo | 1,5 |
| Osmium | 7 |
| Palladium | 4,8 |
| Platina | 4–4,5 |
| Pyrit | 6–6,5 |
| Rubidium | 0,3 |
| Sádrovec | 2 |
| Selen | 2 |
| Síra | 1,5–2,5 |
| Sklo | 4,5–6,5 |
| Slída | 2–3 |
| Sodík | 0,4 |
| Stříbro | 2,5–3 |
| Stroncium | 1,8 |
| Tellur | 2–2,5 |
| Vanad | 6–7 |
| Vápenec (kalcit) | 3 |
| Vápník | 1,5 |
| Vosk při 0 °C | 0,2 |
| Woodův kov | 3 |
| Zinek | 2,5 |
| Zirkon | 7,5–8 |
| Zlato | 2,5–3 |
| Železo | 4–5 |
Zdroje:
Mikulčák a kolektiv. Matematické, fyzikální a chemické tabulky pro střední školy. Praha: SPN Praha, 1988.
[16]
Mohsova stupnice a technické zkoušky tvrdosti
Mohsova stupnice dobře poslouží pro rychlé porovnání minerálů, ale nehodí se pro přesnou technickou specifikaci materiálů. V technické praxi se používají metody, které pracují s definovaným vtiskovačem, zatížením a měřeným rozměrem vtisku nebo hloubkou vniku.
| Metoda | Princip | Typické použití |
|---|---|---|
| Mohsova stupnice | porovnání schopnosti poškrábat jiný materiál | minerály, geologie, orientační zkouška v terénu |
| Brinell | vtisk kuličky a měření průměru vtisku | odlitky, výkovky, hrubší kovové materiály |
| Vickers | vtisk diamantové pyramidy a měření úhlopříček | kovy, tvrdé materiály, mikrotvrdost |
| Rockwell | měření zbytkové hloubky vtisku | rychlá kontrola kovových výrobků |
| Knoop | mělký podlouhlý vtisk diamantovým jehlanem | tenké vrstvy, křehké materiály, povlaky |
Časté otázky
- Jaká je tvrdost diamantu na Mohsově stupnici?
- Diamant má tvrdost 10 – nejvyšší stupeň stupnice a zároveň nejtvrdší přírodní látka. Fyzikálně je ale diamant mnohem tvrdší než korund (9), i když jsou v pořadové stupnici jen o jeden stupeň od sebe. Mohsova stupnice není lineární.
- Co je tvrdší než diamant?
- Z přírodních látek není nic tvrdšího než diamant. Existují však uměle připravené látky: kubický nitrid bóru (cBN, Mohs přibližně 9,5–10), wurtzitický nitrid bóru nebo lonsdaleite (hexagonální diamant). Tyto materiály se používají v průmyslu jako brusiva a řezné nástroje.
- Jaká je tvrdost korundu?
- Korund (Al2O3) má tvrdost 9 – druhý nejtvrdší přírodní minerál. Drahokamové odrůdy korundu jsou rubín (červený) a safír (modrý). Průmyslový korund se používá jako brusný materiál.
- Jaká je tvrdost skla?
- Běžné sodnovápenaté sklo má tvrdost přibližně 5 až 6,5 podle Mohsovy stupnice. Proto ho křemen (Mohs 7) snadno poškrábe – tohoto jevu se využívá při orientačním určování minerálů v terénu.
- Jaká je tvrdost oceli?
- Ocel má orientační tvrdost 4 až 8,5 podle Mohsovy stupnice – rozsah závisí na složení slitiny a tepelném zpracování. Mohsova stupnice není pro technické hodnocení kovů vhodná. Pro přesné měření se používají metody Brinell, Vickers nebo Rockwell.
- Jaká je tvrdost zlata a stříbra?
- Zlato má tvrdost přibližně 2,5 až 3, stříbro přibližně 2,5 až 3. Oba kovy jsou relativně měkké – proto se ve šperkařství legují s jinými kovy pro zvýšení tvrdosti a odolnosti.
- Jaká je tvrdost vápence?
- Vápenec je hornina tvořená převážně kalcitem (CaCO3), který má tvrdost 3. Vápenec proto snadno poškrábe nehet (Mohs 2–2,5), ale ocelový nůž (Mohs 5–6) ho poškrábe.
- Co znamená tvrdost 7 podle Mohse?
- Tvrdost 7 odpovídá křemenu (SiO2). Materiál s tvrdostí 7 dokáže rýpat do látek s nižším číslem a sám je rýpán látkami s vyšší tvrdostí. Křemen je praktická hranice – běžné sklo (Mohs 5–6,5) poškrábe, ale topaz (Mohs 8) nebo korund (Mohs 9) ho poškrábají.
Související
- Friedrich Mohs – mineralog, po kterém je stupnice pojmenována
- Porovnání metod měření tvrdosti
- Převodník tvrdosti online
- Tvrdost dřeva
- Mohs hardness – Encyclopaedia Britannica
- Mohs Hardness Scale – Geology.com