Tvrdost

Tvrdost je definována jako odpor proti vnikání cizího tělesa. Je to vektorová vlastnost závislá na struktuře krystalů, přesněji na pevnosti vazeb mezi stavebními částicemi. V mineralogické praxi se nejčastěji používá srovnání tvrdosti studovaného minerálu s Mohsovou stupnicí tvrdosti. Je to sada deseti etalonů seřazených od nejměkčího k nejtvrdšímu:

Rozdíly v tvrdosti sousedních členů stupnice nejsou stejné, ale prudce stoupají (čísla uvedená před názvy minerálů jsou tedy pouze čísla pořadová a neoznačují vlastní tvrdost minerálů – obr. 5.3). Tvrdost zkoušíme rýpáním studovaným minerálem do etalonů a etalony do minerálu. Pokud minerál rýpe do etalonu a etalon rýpe do minerálu, je jejich tvrdost stejná. Když minerál rýpe do určitého etalonu a nerýpe do nejbližšího tvrdšího etalonu, je jeho tvrdost mezi těmito etalony (např. minerál rýpe do kalcitu a nerýpe do fluoritu, ale fluoritem se dá rýpat – jeho tvrdost je tedy 3,5). K orientačnímu posouzení tvrdosti minerálu poslouží i rýpání nehtem (do 2. stupně), měděným drátkem (do 3. stupně), jehlou či nožem (do 5. stupně). Minerály rýpající do skla mají tvrdost větší než 5.

Existuje řada dalších, kvantitativních metod měření tvrdosti minerálů. Jsou založeny na rytí minerálu (přístroje se nazývají sklerometry), na jeho obrušování nebo na vtlačování koule, kužele či pyramidy do minerálu. V mineralogii, zvláště při studiu rudních minerálů, se často provádí měření statické mikrotvrdosti (přístroje se nazývají mikrotvrdoměry). Podstatou je vtlačování malé pyramidy s obvykle čtvercovou základnou (Vickersova pyramida – obr. 5.44) do nabroušeného a vyleštěného minerálu pod určitým zatížením. Ze zatížení a z rozměrů vtisku se potom vypočítá mikrotvrdost. Mikrotvrdost je důležitým diagnostickým znakem rudních minerálů (viz též kap. 5.3.3.4).

Tvrdost minerálů je funkcí pevnosti vazeb mezi stavebními částicemi krystalů. Lze sledovat následující dílčí trendy:

Tvrdost roste s klesající vzdáleností iontů ve strukturách (při stejném náboji). Například:

Tvrdost roste s klesajícím poloměrem iontů.
Tvrdost roste s rostoucím směstnáním iontů (s rostoucí koordinací).
Tvrdost roste s mocenstvím iontů, resp. s násobností vazby v kovalentních krystalech (při stejné vzdálenosti iontů). Například:

Protože je tvrdost funkcí struktury anizotropního tělesa (krystalu), je vlastností vektorovou. Obecně vzato mají tedy krystaly v různém směru různou tvrdost (hovoříme o anizotropii tvrdosti). Zvláště velký rozdíl vykazují krystaly kyanitu: na ploše (100) je v jednom směru tvrdost přibližně 4, ve směru kolmém 6 (obr. 5.1). To je ovšem spíše výjimka, obvykle je rozdíl velmi malý.

Kromě toho, že je tvrdost charakteristickým znakem minerálů, má i ryze praktický význam. Diamant, minerál s nejvyšší tvrdostí vůbec, se používá k výrobě vrtných korunek či speciálních nožů pro obrábění kovů. Některé minerály s vysokou tvrdostí se využívají jako průmyslová brusiva (diamant, korund, granáty, spinelidy). Naopak měkké minerály se využívají k výrobě maziv (grafit, molybdenit, jílové minerály).

další »»