ТВЕРДОСТЬ КАМНЯ. ШКАЛА МООСА

Твердость камня - это сопротивление, которое оказывает его поверхность при попытке поцарапать ее другим камнем или иным предметом; твердость представляет собой меру связности атомной структуры вещества. Каждый обладатель алмазного перстня знает, что алмаз легко царапает оконное стекло. Если мы станем пробовать другие драгоценные камни, то обнаружится, что и они царапают стекло, но не так легко, а если продолжать этот эксперимент, мы установим, что топаз царапает оконное стекло, но на самом топазе оставляет царапины корунд, который в свою очередь поддается всесильному алмазу. Следовательно, существуют значительные различия в способности драгоценных камней противостоять износу, абразии, т. е. камни, как обычно говорят, различаются по твердости. Чтобы упростить способ выражения этого свойства, минералог Фридрих Моос разработал в начале прошлого века следующую условную шкалу, которая широко употребляется до сих пор:

Шкала твердости (шкала Мооса)

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

Для практических целей полезно запомнить, что ноготь оставляет царапину на гипсе и более мягких веществах и что обычное оконное стекло немного мягче полевого шпата, тогда как стальное лезвие ножа немного тверже полевого шпата, приближаясь по твердости к кварцу, и легко царапает стекло. Поскольку различные виды драгоценных камней имеют по меньшей мере такую же твердость, как и кварц, их легко отличить от внешне на них похожих мягких стеклянных изделий с помощью напильника; до того как ввели в употребление рефрактометр, это был практически единственный в ювелирном деле способ проверки граненых камней.

Говоря, что камень имеет твердость 7, мы подразумеваем, что он не царапает кварц, а кварц не царапает его. Номер по шкале твердости указывает только на порядок в распределении по твердости, но не имеет какого-либо количественного значения. Это важно учитывать, так как здесь часто допускают ошибку. Нельзя, например, считать, что алмаз (10) вдвое тверже апатита (5) или что твердость топаза и шпинели (8) составляет 80% твердости алмаза. В действительности интервал между алмазом и корундом гораздо больше, чем между корундом и тальком - самым мягким из минералов. Промежуточные степени твердости выражаются в виде дробей. Так, число 8 1/2, относящееся к хризобериллу, означает, что он царапает топаз примерно так же, как сам царапается корундом. Гранат пироп несколько тверже кварца (7) и несколько мягче берилла (7 1/2), поэтому его твердость обозначается как 7 1/4.

Вследствие особенностей правильной атомной структуры, характерной для всех кристаллических веществ, твердость одного и того же камня может быть различной в разных направлениях. Большим различием твердости в разных направлениях среди других минералов выделяется кианит: твердость изменяется у него от 5 до 7, и в одних направлениях образец царапается ножом, а в других нет. Однако для большинства веществ этот интервал настолько мал, что обычными способами обнаружить различие не удается.

Ювелиры установили, что образцы одних и тех же минералов, полученные из разных мест, отличаются друг от друга по сложности процесса огранки и полировки. Так, об алмазах с Калимантана п из Нового Южного Уэльса говорят, что они существенно тверже алмазов из Южной Африки и из других мест и что при их огранке возникают известные трудности. Установлено также, что цейлонские сапфиры тверже, чем рубины, а кашмирские сапфиры - мягче. Хотя твердость, как и другие физические характеристики, может меняться от кристалла к кристаллу даже одного и того же минерального вида (благодаря изменению химического состава вследствие изоморфного замещения одного элемента другим), это не объясняет различий, обнаруженных ювелирами. Здесь накладывается другое свойство, которое можно назвать прочностью, или вязкостью. Оно возникает в результате двойникования, которое иногда имеет полисинтетический характер, и в результате других нарушений непрерывности внутренней структуры. Двойникование в алмазе, которое часто трудно распознать, может служить причиной того, что для огранки разных камней требуется затратить разный объем работы. Такое же объяснение пригодно для случая рубина и сапфира.

Для измерения твердости минералов делались попытки применить различные методы, основанные на сопротивлении камней царапанию, истиранию, сверлению, прокалыванию и деформации поверхности. Главная особенность этих попыток - очень плохое совпадение результатов. Очевидный вывод состоит в том, что результаты разных методов несопоставимы и что сцепление в минералах является чрезвычайно сложным свойством.

Хотя установление твердости мало помогает при определении драгоценного камня, сама эта характеристика очень важна для камня в украшениях, поскольку именно от твердости зависит долговечность его полировки и блеска. Обычная пыль - это в основ-ком мельчайшие частицы кварца, поэтому твердость драгоценного камня должна быть не меньше 7. Стеклянные пасты имеют твердость только немного выше 5, и поэтому, как показывает опыт, их полировка выдерживает всего несколько недель постоянной носки, не говоря уже о разрушительном действии на их поверхность вредных примесей в воздухе.

Испытание на твердость вполне подходит для того, чтобы отличить кварц и более твердые драгоценные камни от их стеклянных имитаций, поскольку последние легко поддаются действию напильника. Особенно полезно такое испытание в случае алмаза, потому что он, будучи гораздо тверже любого другого драгоценного камня, оставляет на стекле царапину значительно более глубокую, чем это можно сделать рубином или сапфиром.

Испытание на твердость нельзя рекомендовать для общего применения, так как существует очевидный риск повредить камень. Если камень заключен в оправу, желательно его вынуть оттуда и провести испытание па ободке камня, поскольку поцарапанное место можно в этом случае полностью закрыть, снова вставив камень в оправу. Все пятнышки надо стереть, чтобы убедиться, что они не связаны с попаданием порошка абразива, так как, если два вещества имеют примерно одинаковую твердость, часто возникает путаница. Если по той или иной причине требуется определить твердость граненого камня, лучше попытаться поцарапать углом этого камня какую-нибудь пластинку, а не царапать камень острием, поскольку в первом случае опасность повредить камень менее вероятна. Для удобства испытания минералов на твердость применяют так называемые эталонные острия, в которых кусочки материала с известной твердостью вставлены в небольшие держатели; по указанным уже причинам применять их для граненых камней чрезвычайно нежелательно, а если это неизбежно, то надо проявлять величайшую осторожность.