莫氏硬度表及其应用

矿物硬度是指矿物抵抗刮擦或磨损的相对能力。1812 年，德国地质学家和矿物学家弗里德里希·莫斯（Friedrich Mohs）提出了一种用于测定矿物硬度的相对标度，即莫氏硬度表。该表选取了 10 种常见矿物作为参照，其中最软的是滑石（硬度 1），最硬的是钻石（硬度 10）。莫氏硬度表广泛应用于矿物学、地质学、珠宝鉴定及工业制造领域。

莫氏硬度表的特点

莫氏硬度表采用序数标度，因此没有中间值。然而，在实际应用中，经常会看到 3½ 或 5½ 这样的表示方式。这并不意味着硬度介于 3 和 4 之间，而是表示矿物的硬度大于 3 但小于 4。同样，8½ 而非 8.5，强调硬度的离散性而非连续范围。

莫氏硬度表的数值并非线性递增，而是基于矿物之间的相对硬度。例如，与努氏硬度表相比，莫氏硬度表中相邻矿物的硬度大约相差 1.2 到 2.7 倍。唯一的主要例外是刚玉（硬度 9）和钻石（硬度 10），钻石的硬度几乎是刚玉的五倍。因此，莫氏硬度表虽然简便易用，但无法反映矿物之间的精确硬度差异。

莫氏硬度测试方法

进行硬度测试时，可以购买一组硬度指标矿物，或自行收集。理想情况下，每块矿物样本应为 2×2×3 厘米大小，解理面容易划伤，因此可优先选择解理块。若无法获取，可使用晶体作为替代。

还可以使用一组带有尖头的硬度测试工具，这些尖头由钢合金、塑料或碳化硅等材料制成，以匹配莫氏硬度表中的矿物硬度。对于更便携的方法，可以使用日常物品进行测试，如：

• 铜线（H=3）
• 小刀（H=5 到 5½）
• 石英碎片（H=7）
• 玻璃片（H=6½）
• 钢制垫圈（H=5）
• 指甲（H=2 到 2½）

制作并观察划痕

在进行硬度测试时，应选择样本上光滑但不显眼的部分，例如背面或底部，以免破坏矿物的美观。建议从硬度 5 开始测试，以减少损坏测试工具的可能性。

划痕测试时，建议使用 45 到 60 度角的尖头，在样本表面划出约 3 毫米长的划痕。然后，用手指或棉签擦拭，以确保划痕是真正的刻痕，而非表面的粉末残留。还可以用指甲轻划，以判断划痕的真实性。

若未知矿物未被长石（H=6）划伤，但被石英（H=7）划伤，且其本身可以划伤石英，则其硬度等于石英，即 H=7。如果不能划伤石英，则其硬度介于 6 和 7 之间，通常表示为 6½。

硬度的理论背景

硬度取决于原子或离子之间的键强度。一般而言：

• 离子半径越小，矿物硬度越高。例如，方解石（CaCO₃，H=3）中的钙离子较大，而菱镁矿（MgCO₃，H=4）中的镁离子较小，因此菱镁矿比方解石更硬。
• 静电作用越强，硬度越大。例如，方解石（H=3）比硝酸盐（H=1½-2）更硬，因为方解石中的离子间静电吸引力更强。
• 晶体结构越紧密，硬度越高。例如，霰石（H=3½-4）比方解石（H=3）更硬，因其离子堆积更紧密。
• 共价键比离子键更强，因此矿物硬度更大。例如，钻石（共价键，H=10）比自然铜（离子键，H≈3）更硬。

总的来说，莫氏硬度表虽然不适用于精确测量，但由于其操作简便，仍然是矿物学家、地质学家和收藏家鉴定矿物硬度的重要工具。