【午间冷知识】摩氏硬度表:石头的PK排名

作者: 何全

来源: 博物杂志官方微信

发布日期: 2015-04-28

本文介绍了摩氏硬度表的由来及其在矿物学中的应用,解释了其不精确性,并对比了现代硬度测量方法。

木头比棉花硬,钢铁比木头硬,这是我们从小就熟悉的常识。但对于不同种类的石头,怎么比较它们谁比谁硬呢?矿物学界沿用至今的“摩氏硬度”,就是石头们的“硬度PK”战绩表。19世纪初,矿物学研究在欧洲蓬勃兴起。奥地利学者腓特烈·摩斯想到,能不能给各种天然矿石的硬度排个名呢?于是他把能找到的各种矿物相互刻划,如果谁能在别的矿物身上划出痕迹,就说明硬度比对方要高。

经过多次试验,就能把各种矿物的硬度排出个座次来。到1812年,根据一系列“PK”结果,摩斯把矿物硬度划分为10个级别,每个级别用一种矿物做代表,这就是沿用至今的“摩氏硬度表”。其中金刚石果然“金刚不坏”,硬度被定为最高的10,而滑石战绩惨遭垫底,硬度被定为最低的1。如果某种矿物的硬度在两种标准矿物之间,就用“.5”来表示。

以今天的标准看,摩氏硬度非常“不科学”:所谓10个硬度级别其实就是个排名,只能表示谁比谁硬谁比谁软,一点儿都不精确,不像长度、质量、温度这些指标能够具体量化。实际上,在摩氏硬度中,每个级别之间的硬度差距都不一样。拿现代显微硬度计来测的话,刚玉的硬度是滑石的442倍,金刚石的硬度是滑石的4192倍!

因此在摩氏硬度之后,研究者们又制定出了“布氏硬度”、“洛氏硬度”和“维氏硬度”,都是用金刚石或硬质合金做成的标尺,用力压进要测量的材料表面,压出来的压痕就可以测量了——现代物理学的“硬度”定义,就是对抗外界物体压入其表面的能力。上面这几种硬度测量方法,在现代工业、科研中已经广泛使用。

但对于在野外风餐露宿的地质工作者来说,既没有那么多精密仪器,也不用精确测量天然矿石的硬度,还不如返璞归真:随手带着小刀,见到分辨不清楚的石头就划一划,这样比较方便。对商家和普通人来说,也还是直观的摩氏硬度更接地气。以宝石为例,如果摩氏硬度超过7,也就是比石英(水晶)还硬,在生活中就比较安全了,像黄玉(托帕石)、刚玉(红宝石和蓝宝石)这些,金刚石更不用说。

而硬度低于7的萤石、磷灰石(上图),哪怕色泽再漂亮,做成首饰也容易损伤,难堪大任。

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