Какова твердость соли по шкале твердости Мооса?

Поваренная соль — широко используемое в пищевой промышленности, медицине, животноводстве, косметологии и пр. с древних времен вещество. Получают этот белый кристаллический порошок разными методами. Это может быть, к примеру, выпаривание морской воды, добыча в карьерах, собирание со дна озер. Но в любом случае конечный продукт всегда имеет одинаковые физические характеристики. К примеру, какова твердость соли по шкале Мооса? Об и поговорим далее в статье. Также разберемся с тем, какие еще характеристики имеет этот очень популярный продукт.

Что такое шкала Мооса

Вам будет интересно:Что такое явления? Самые красивые и страшные природные явления

Одним из отличительных признаков многих веществ на планете является степень твердости. Определять этот параметр принято по особой схеме, называемой шкалой Мооса. Для облегчения задачи по сравнению твердости разных веществ в эту систему включены 10 эталонных элементов. Твердость этих веществ при этом проверяется просто путем царапанья.

На первом месте в шкале Мооса находится самый твердый минерал на планете — алмаз. Этот драгоценный камень, как известно, не царапается даже прочным стальным ножом. Твердость алмаза по шкале Мооса, таким образом, равна 10. На втором месте в этой схеме находятся корунды — рубины и сапфиры. Их твердость равна 9. Самыми мягкими эталонными веществами шкалы Мооса являются тальк и мел. Их твердость в этой схеме определена как 1.

Шкала твердости Мооса

Шкала Мооса (минералогическая шкала твёрдости) представляет собой качественную порядковую шкалу, характерезующую стойкость различных минералов к царапанию. Используется для определения относительной твердости образцов минералов.

Основана на способности более твердого материала царапать более мягкий материал.

Шкала содержит 10 минералов в качестве эталонных, упорядочивая их в порядке возрастания твердости от очень мягкого (тальк) до очень твердого (алмаз).

Все минералы из таблицы, кроме алмаза, относительно распространены и их легко или недорого получить.

1. — Тальк
2. — Гипс
3. — Кальцит
4. — Флюорит
5. — Апатит
6. — Ортоклаз
7. — Кварц
8. — Топаз
9. — Корунд
10. — Алмаз

Если минерал царапет эталон, значит его твердость — выше, если он царапается эталоном — ниже.

Шкала Мооса создана в 1812 году и названа в честь изобретателя немецкого геолога и минеролога Фридриха Мооса. С тех пор было изобретено множество различных методов определения твердости: метод Бринеля, Кнупа, Роквелла, Шора, Виккерса.

Определение твердости по Моосу — это относительное целочисленное сравнение устойчивости к царапинам.

Другие методы измерения твердости оперируют устойчивостью к вдавливанию. Для испытаний используется «Индентор» который вдавливается в исследуемый образец с тщательно измеренной силой. Затем размер или глубина выемки на образце и величина силы используются для расчета значения твердости. Поскольку в каждом из этих тестов используются разные аппараты и разные расчеты, их нельзя сравнивать напрямую друг с другом.

Шкала Мооса получила широкое распространение т.к. метод определения твердости прост в исполнении, недорог и люди быстро его понимают.

Несмотря на недостаточную точность, шкала актуальна для полевых геологов, которые используют её для грубой идентификации минералов когда исследуются легко идентифицируемые образцы или когда нет возможности использовать более сложные тесты.

Некоторые используют легкодоступные предметы для быстрого испытания. Например геолог может иметь карманный нож, которым можно определить является ли образец тверже или мягче чем значение 5-6,5 по Моосу.

• 1 — Карандаш
• 2 — Повареная соль
• 2-2,5 — Можно поцарапать ногтем
• 2,5-3 — Золото, серебро
• 3 — Медная манета
• 4-4,5 — Гвоздь
• 4-5 — Железо
• 5 — Стекло
• 5-6,5 — Лезвие ножа
• 6,5 — Стальной напильник
• 7 — Легко царапает стекло
• 7+ — Напильник из закаленной стали
• 8 — Наждачная бумага, минерал очень легко царапает стекло
• 9 — Минерал режет стекло
• 10 — Используется как стеклорез

Ниже представлена расширенная таблица веществ, минералов, драгоценных камней:

Что представляет собой соль

Вам будет интересно:Что такое жать? Толкование и примеры предложений

Химическая формула этого вещества выглядит следующим образом: NaCl. По-другому поваренную соль называют также хлористым натрием или каменной солью. В измельченном виде этот пищевой продукт представляет собой бесцветные кристаллы. Последние при этом могут иметь разные размеры. В любом случае в массе соль имеет белый цвет.

Основной особенностью хлористого натрия, как известно, является характерный вкус. В быту и в пищевой промышленности поваренная соль может добавляться в самые разные продукты. Как выяснили ученые, хлористый натрий является веществом, без которого жизнедеятельность человека невозможна вообще.

Какова твердость соли по шкале Мооса

Вам будет интересно:Караван-сарай — это… Значения, история, интересные факты

В природе хлористый натрий является веществом очень распространенным. Поэтому каменная соль и была, помимо всего прочего, включена в качестве эталона в шкалу Мооса. Находится хлористый натрий в этой схеме на предпоследнем девятом месте. То есть твердость поваренной соли равна двум. Кристаллы хлористого натрия, как известно, отличаются хрупкостью и легко растворяются в воде. Выглядят соляные крупинки достаточно твердыми. Однако впечатление это по-большей мере обманчивое. На самом деле кристаллы соли легко царапаются даже просто ногтем.

Твердость по Моосу

Содержание

• Введение
• Твердость по Моосу Металлы
• Минералы

Введение

Твердость тел, в особенности минералов, часто оценивают по совершенно условной десятибалльной шкале, которая обычно называется шкалой Мооса

. Эталонами твердости в этой шкале служат десять минералов (таблица 1).

Эти минералы подобраны так, что каждый последующий эталон проводит на поверхности предыдущего царапину. Тот же прием – нанесение царапины – служит и для определения твердости различных других минералов и тел, так как всегда можно установить, что исследуемое тело по твердости или отвечает одному из эталонов, или лежит в промежутке между двумя соседними эталонами. Это дает возможность приближенно оценивать твердость исследуемых тел соответствующими числами. Такое определение твердости, очевидно, очень неточно и вполне условно, тем не менее к нему часто прибегают на практике ввиду его крайней простоты.
Таблица 1 — Эталоны твердости по Моосу

Твердость по Моосу

Таблица 2 — Твердость по Моосу

Литература

1. Краткий физико-технический справочник. Т.1 / Под общ. ред. К.П. Яковлева. М.: ФИЗМАТГИЗ. 1960. – 446 с.

Линейная твердость

Таким образом, как мы выяснили, занимает NaCl предпоследнее место в шкале твердости Мооса. Линейную твердость минералов по этой схеме также определять очень легко. Разумеется, и для эталонного хлористого натрия эта характеристика известна.

Относительный показатель для соли, как мы выяснили, равен 2. Какова же у соли твердость по шкале твердости Мооса абсолютная? Для NaCl этот показатель равен 3.

Единицы измерения твердости

Каждый способов измерения сопротивления металла к пластической деформации имеет свою методику его проведения, а также единицы измерения.

Измерение твердости мягких металлов производится методом Бринелля. Данному способу подвергаются цветные металлы (медь, алюминий, магний, свинец, олово) и сплавы на их основе, чугуны (за исключением белого) и отожженные стали.

Твердость по Бринеллю определяется вдавливанием закаленного, отполированного шарика из шарикоподшипниковой стали ШХ15. Окружность шарика зависит от испытуемого материала. Для твердых материалов – все виды сталей и чугунов – 10 мм, для более мягких – 1 – 2 — 2,5 — 5 мм. Необходимая нагрузка, прилагаемая к шарику:

• сплавы железа – 30 кгс/мм2;
• медь и никель – 10 кгс/мм2;
• алюминий и магний – 5 кгс/мм2.

Единица измерения твердости – это числовое значение и следующий за ними числовой индекс HB. Например, 200 НВ.

Твердость по Роквеллу определяется посредством разницы приложенных нагрузок к детали. Вначале прикладывается предварительная нагрузка, а затем общая, при которой происходит внедрение индентора в образец и выдержка.

В испытуемый образец внедряется пирамида (конус) из алмаза или шарик из карбида вольфрама (каленой стали). После снятия нагрузки производится замер глубины отпечатка.

Единица измерения твердости – это условные единицы. Принято считать, что единица — это величина осевого перемещения конуса, равная 2 мкм. Обозначение твердости маркируется тремя буквами HR (А, В, С) и числовым значением. Третья буква в маркировке обозначает шкалу.

Методика отображает тип индентора и прилагаемую к нему нагрузку.

В основном, используются шкалы измерения А и С. Например, твердость стали HRC 26…32, HRB 25…29, HRA 70…75.

Измерению твердости по Виккерсу подвергаются изделия небольшой толщины или детали, имеющие тонкий, твердый поверхностный слой. В качестве клинка используется правильная четырехгранная пирамида угол при вершине, которой составляет 136°. Отображение значений твердости выглядит следующим образом: 220 HV.

Измерение твердости по методу Шора производится путем замера высоты отскока упавшего бойка. Обозначается цифрами и буквами, например, 90 HSD.

К определению микротвердости прибегают, когда необходимо получить значения мелких деталей, тонкого покрытия или отдельной структуры сплава. Измерение производят путем измерения отпечатка наконечника определенной формы. Обозначение значения выглядит следующим образом:

Читать также: Расположение видов на чертеже местные виды презентация

0,196 — нагрузка на наконечник, Н;

2800 – численное значение твердости, Н/мм 2 .

Минералы с аналогичной твердостью

Соль, таким образом — вещество достаточно мягкое. В природе подобных минералов существует множество. К примеру, такие же, как и у NaCl, показатели твердости абсолютной и относительной имеют гипс, слюда, хлорит. Все эти вещества легко царапаются ногтем.

Разумеется, есть свое место на относительной шкале твердости Мооса и у сахара. Соль на шкале используется как одно из эталонных веществ. Сахар, несмотря на то что он также является очень распространенным пищевым продуктом, на схеме Мооса изначально не отмечен. Однако твердость этого вещества, как и любого другого, конечно же, также известна. Сахар чуть мягче соли, но по шкале Мооса показатель его твердости также равен 2.

Принципы градации от Мооса

Систему сравнений твёрдости кристаллов изобрёл немецкий геолог Фридрих Моос (другой вариант звучания — Мосс). Она представляет собой десятибалльную шкалу из эталонных минералов, расположенных в порядке возрастания прочности.

При попытке поцарапать одним кристаллом другой выстраивается цепочка от самого мягкого камня (талька) до наикрепчайшего (алмаза). Информирует шкала твердости Мооса только о сравнительной прочности сопоставляемых минералов.

Если испытуемый камень не оставляет следа на кварцевой грани, а эталон не царапает образец, тогда можно утверждать, что крепкость проверяемого кристалла равна 7 по таблице шкалы Мооса.

Для удобства использования эталонный минерал закрепляют на конце трубки эпоксидным клеем. Царапают осторожно, стараясь не повредить образец. Таким же образом работают и с подручными предметами. Поскольку твердость стекла по шкале Мооса занимает среднее положение (между значениями 5 и 6), то испытание начинают именно с царапания его поверхности.

Другие физические характеристики

Итак, какова твердость соли по шкале твердости Мооса, мы выяснили. Но какие же еще свойства имеет это вещество?

В минералогии обычная пищевая или каменная поваренная соль называется галитом. История этого прозрачного камня насчитывает миллионы лет. Формируется галит в виде кубических кристаллов, цвет которых может варьироваться от бесцветного до розоватого или желтого. Окраска этого минерала бывает связана с видом имеющихся в его толще примесей.

Найти галит в дикой природе можно чаще всего в пластах хемогенных осадочных пород, а также в донных отложениях пересыхающих озер и лиманов.

Основными физическими свойствам соли являются:

• способность растворяться в воде;
• способность кристаллизоваться на предметах;
• соленый вкус;
• плотность — 2.165 г/см3 при температуре 20 °С;
• температура плавления — 801 °С;
• точка кипения — 1413 °С;
• растворимость в воде — 359 г/л при 20 °С.

Вкус NaCl имеет ярко выраженный. Но никто никогда не сможет почувствовать запах соли. Твердость по шкале Мооса у этого вещества небольшая, к тому же оно является хрупким. Мелкие частички соли, к примеру, в местах ее залегания, могут летать в воздухе и даже попадать в нос человека. Однако рецепторов, ответственных за восприятие этого вещества, у человека не имеется. Некоторые люди утверждают, что они могут чувствовать запах соли. Однако в данном случае речь идет все же не NaCl, а о разного рода примесях, содержащихся в этом веществе.

Таблица со шкалой сравнения

Сопоставление прочностной характеристики, полученной по различным методикам, с таблицей Мооса полезно в практическом применении камней. Абсолютные значения твёрдости определяют по другим оценкам, сравнение критериев видно в таблице.

Причина твёрдости гранита заключается в сложном минеральном составе, где основные компоненты, кварц и слюда, отнесены к разным категориям — 7 и 2. Их количественное соотношение и определяет свойства горной породы.

С помощью шкалы Мооса сравнивают также твёрдость металлов — это удобно, когда подбирается оправа для драгоценного камня.

Из таблицы видно, какие металлы могут поцарапать другие. Это обстоятельство важно учитывать при совместном хранении украшений.

Степень растворимости

К особенностям соли, помимо всего прочего, можно отнести и то, что ее растворимость в воде мало зависит от температуры последней. Этот показатель у NaCl увеличивается на 7 г от 0 до 100 °С. Однако при этом растворимость соли значительно снижается в том случае, если в воде содержится MgCl2 или CaCl2. Резко же увеличивается этот показатель у NaCl при повышении давления. Протекает процесс растворения соли со значительным поглощением тепла. В спирте это вещество практически не растворяется.

Химические свойства

По своему составу NaCl относится к группе средних солей. Химический состав поваренной соли выглядит следующим образом:

• Na — 39.34;
• Cl – 60.66.

В чистом виде состав этого вещества полностью соответствует теоретическому. В виде изоморфной примеси поваренная соль содержит Br (до 0,098%). Также в состав галита могут входить: NH3, Не, As, J, Pb и некоторые другие вещества. Атомы в структуре Na и Cl чередуются равномерно в узлах кристаллической кубической решетки.

Размеров кристаллы соли могут достигать значительных. Также для галита характерны скелетные образования — хрупкие, мутно-белы пирамидки-лодочки.

Способы искусственного получения

Получать каменную соль для пищевой промышленности или, к примеру, медицины могут с использованием разных технологий. В лабораториях для выделения NaCl обычно применяют рассолы подземного растворения каменной соли. Это позволяет получить максимально чистый продукт без примесей промышленных производств. Подземные рассолы в данном случае подвергаются обычному выпариванию. В этом случае получается чистая соль с твердостью по шкале твердости Мооса 2. Выпаривание рассолов при использовании такой методики производится в специальных многокорпусных установках.

Методы измерения твердости

Все методы определения твердости металлов используют механическое воздействие на испытуемый образец – вдавливание индентора. Но при этом не происходит разрушение образца.

Метод определения твердости по Бринеллю был первым, стандартизованным в материаловедении. Принцип испытания образцов описан выше. На него действует ГОСТ 9012. Но можно вычислить значение по формуле, если точно измерить отпечаток на образце:

HB=2P/(πD*√(D 2 -d 2 ),

• где Р – прикладываемая нагрузка, кгс;
• D – окружность шарика, мм;
• d – окружность отпечатка, мм. Шарик подбирается относительно толщины образца. Нагрузку высчитывают предварительно из принятых норм для соответствующих материалов: сплавы из железа — 30D 2 ; медь и ее сплавы — 10D 2 ; баббиты, свинцовые бронзы — 2,5D 2 .

Условное изображение принципа испытания

Схематически метод исследования по Роквеллу изображается следующим образом согласно ГОСТ 9013.

Метод измерения твердости по Роквеллу

Итоговая приложенная нагрузка равна сумме первоначальной и необходимой для испытания. Индикатор прибора показывает разницу глубины проникновения между первоначальной нагрузкой и испытуемой h –h0.

Метод Виккерса регламентирован ГОСТом 2999. Схематически он изображается следующим образом.

Математическая формула для расчета: HV=0.189*P/d 2 МПа HV=1,854*P/d 2 кгс/мм 2 Прикладываемая нагрузка варьируется от 9,8 Н (1 кгс) до 980 Н (100 кгс). Значения определяются по таблицам относительно измеренного отпечатка d.

Метод считается эмпирическим и имеет большой разброс показаний. Но прибор имеет простую конструкцию и его можно использовать при измерении крупногабаритных и криволинейных деталей.

Измерить твердость по Моосу металлов и сплавов можно царапанием. Моос в свое время предложил делать царапины более твердым минералом по поверхности предмета. Он разложил известные минералы по твердости на 10 позиций. Первую занимает тальк, а последнюю алмаз.

После измерения по одной методике перевод в другую систему весьма условен. Четкие значения существуют только в соотношении твердости по Бринеллю и Роквеллу, так как машиностроительные предприятия их широко применяют. Зависимость можно проследить при изменении диаметра шарика.

Как видно из таблицы, увеличение диаметра шарика значительно снижает показания прибора. Поэтому на машиностроительных предприятиях предпочитают пользоваться измерительными приборами с однотипным размером индентора.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Твердостью металла называют его свойство оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии стандартного тела-наконечника на поверхностные слои материала.

Читать также: Редуктор пропановый рдсг с регулировкой

Испытание на твердость – основной метод оценки качества термообработки изделия.

Определение твердости по методу Бринелля. Метод основан на том, что в плоскую поверхность под нагрузкой внедряют стальной шарик. Число твердости НВ

определяется отношением нагрузки к сферической поверхности отпечатка.

Метод Роквелла (HR) основан на статическом вдавливании в испытываемую поверхность наконечника под определенной нагрузкой. В качестве наконечников для материалов с твердостью до 450 HR используют стальной шарик. В этом случае твердость обозначают как HRB

. При использовании алмазного конуса твердость обозначают как
HRA
или
HRC
(в зависимости от нагрузки).

Твердость по методу Виккерса (HV) определяют путем статического вдавливания в испытуемую поверхность алмазной четырехгранной пирамиды. При испытании измеряют отпечаток с точностью до 0,001 мм при помощи микроскопа, который является составной частью прибора Виккерса.

Метод Шора. Сущность данного метода состоит в определении твердости материала образца по высоте отскакивания бойка, падающего на поверхность испытуемого тела с определенной высоты. Твердость оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка.

Интересные факты

Твердость соли по шкале твердости Мооса определена точно. Этот показатель для NaCl равен 2. Задумались о физических и химических свойствах соли люди не так давно. Но само это вещество человек использовал для разных целей с глубокой древности. В первую очередь соль во все времена применялась, конечно же, прежде всего как пищевой продукт. Однако иногда она могла выполнять в обществе и другие функции. К примеру, в Эфиопии это вещество вплоть до XX века применялось в качестве валюты.

В Средние века соль была настолько дорогой, что ее иногда называли белым золотом. В Германии, к примеру, до сих пор существует особый «соляной тротуар», по которому этот ценный пищевой продукт когда-то перевозили между городами, расположенными на берегу Балтийского моря.

Для человеческого организма соль действительно является очень важным продуктом. Если выпить очень большое количество воды, это вещество вымоется из тканей. В этом случае у человека может наступить даже и летальная гипонатриемия.

Недостаток соли в организме человека, таким образом, очень опасен. Но и переизбыток этого вещества полезным быть, разумеется, не может. Есть слишком много соли за один прием ни в коем случае нельзя. К смерти может привести принятие этого вещества уже в количестве 1 г на 1 кг веса.

Источник

Природные камни и шкала твердости Мооса

«Все познается в сравнении» — эта фраза Рене Декарта уже давно воспринимается как народная мудрость. Человеку свойственно искать и находить сходства и отличия, и он делает это постоянно, с удовольствием и пользой для себя. Сравнение помогает принимать решения и делать выбор, дает в руки инструменты и учит их использовать.

Разница от прикосновения ко льду, воде и пару на уровне сравнения ощущений известна каждому. Андерс Цельсий основал на этом свою шкалу измерения температуры и с тех пор человечество отсчитывает температуру от точки замерзания воды.

Карл Фридрих Моос – профессор минералогии из университета в Граце (Австрия). Занимаясь изучением механических характеристик минералов и горных пород, он сравнивал их попарно пытаясь повредить поверхность одного из них острой гранью другого. Результатом исследований стала шкала твердости Мооса — простой и удобный инструмент для качественного сравнения материалов.

Принцип построения шкалы

В основе этого простого, как и все гениальные изобретения, метода лежит принцип попарного сравнения образца, твердость которого подлежит определению, с эталонным рядом минералов. Основная сложность состояла в подборе оригинальной последовательности материалов и расположению их в строгом порядке возрастания или убывания твердости. Для решения этой задачи как нельзя лучше пришлась идея сравнивать образцы путем попытки нанесения царапин одним из них на поверхности другого.

Проведенные эксперименты помогли блестящему ученому не только построить простую и логичную шкалу, но и использовать для нее минералы, которые широко распространены в природе. Сегодня воспользоваться эталонным набором из талька, гипса, кальцита, флюорита, апатита, шпата, кварца, топаза, корунда и алмаза может и студент университета в учебной лаборатории, и геолог в экспедиции на краю света.

Несмотря на весьма приблизительную точность определения твердости шкала Мооса очень популярна и используется во всем мире.

Следует помнить — шкала не является пропорциональной и, например, твердость корунда и соседнего с ним алмаза в абсолютных единицах отличается в 140 раз, а у других соседей по шкале кальцита и флюорита всего на 0,5 ед.

Возможные применения

Использование методики профессора Мооса для практических применений заключается в последовательном использовании минералов из эталонного набора для нанесения испытуемому материалу повреждения в виде царапины. Так гранит (в зависимости от содержания в нем кварца) может царапать апатит (твердость 5) и полевой шпат (твердость 6), но сам может быть поцарапан кварцем, что позволяет присвоить ему значение 5,5-6,5 по шкале, а гарнит габбродиабаз равен по твердости кварцу – 7,0.

Такая несложная техника измерений позволяет геологам применять методику в полевых условиях для идентификации минералов.

Ювелиры пользуются ей для выбора способа обработки драгоценных камней, который зависит от их твердости, а также для подбора соответствующего инструмента и шлифовального материала. Еще одно применение – определение подделок под драгоценные камни – они всегда обладают более низкой твердостью, чем оригинальные камни.

В строительстве знание твердости по шкале Мооса помогает подобрать адекватную замену отсутствующему или недоступному на данный момент материалу. Например, заложенная в проекте брусчатка гранитная на мостовой может быть заменена на брусчатку габбро, у которой значение твердости выше.

В повседневной практике понимание возможностей и характеристик камней в ювелирных изделиях и бижутерии позволит правильно организовать их хранение и использование, избежать царапин и других повреждений.

Относительная и абсолютная твердость

Помимо качественного сравнения материалов по их относительной твердости в материаловедении, и минералогии в частности, используются также количественные методы, позволяющие определить абсолютные значения твердости. Эти методы, в основном заимствованные из металлографии, основаны на измерении размеров углубления, которое образуется в испытуемом минерале (металле) при давлении на его поверхность металлическим шариком или алмазной пирамидой.

Первый из них (с использованием шарика) был предложен шведом Бринеллем и воплощен в приборах, именуемых прессами Бринелля. Второй (с пирамидкой из алмаза) разработан английским концерном «Виккерс лтд.» и получил название — метод Виккерса. Измеряют абсолютную твердость по этим шкалам в кгс/мм2, а прибор, в котором игла из стали или алмаза царапает испытуемый образец называется склерометром.

Еще один способ количественного определения твердости – метод Розиваля. Он основан на измерении объема образца материала в результате шлифовки одной из его граней. Твердость при шлифовании – величина обратная объему стертого материала. За эталон принята твердость кварца, которая соответствует на этой шкале значению 100 ед.