Самые твердые камни

Из школьных уроков физики известно, что самый твердый камень на Земле – алмаз. Так ли это на самом деле, и какие еще минералы отличаются высокой прочностью и твердостью?

Виды твердых камней

В природе встречается много видов минералов. Они имеют отличающийся химический состав, строение кристаллической решетки, наличие примесей. Эти параметры влияют на физические свойства вещества.

На основании исследований Мооса минерологи создали таблицу для драгоценных, полудрагоценных и поделочных камней. При этом современные исследования внесли коррективы в общепринятую шкалу.

Гранит

Гранит – прочная и твердая каменная порода, твердость которой достигает 6,5-7 единиц по шкале Мооса. Он состоит преимущественно из кварца, полевых шпатов и слюды. Кварц, один из самых твердых минералов на Земле, придает граниту прочность.

Самая износоустойчивая и твердая порода камня – мелкозернистый гранит. Изделия из него способны простоять 800 лет.

В мелкозернистом граните минеральные зерна размером меньше и плотно прилегают друг к другу. Это создает прочную кристаллическую решетку и делает камень менее подверженным трещинам и сколам.

Крохотные зерна оставляют меньше пространства между собой, что снижает пористость камня и увеличивает его плотность. При воздействии нагрузки в мелкозернистом граните нагрузка распределяется равномерно на все зерна, что снижает вероятность локальных разрушений.

Кварц

Высокая твердость кварца – это результат плотной кристаллической структуры. Атомы кремния и кислорода в кварце связаны прочными ковалентными связями. Эти связи образуют непрерывную трехмерную сеть, что делает кристаллическую решетку минерала устойчивой к внешним воздействиям. Атомы в кварце упакованы очень плотно, что гарантирует высокую твердость в пределах 7-7,5 баллов.

У кварца десятки разновидностей. В зависимости от особенностей строения, одни прочнее других. Повышенной твердостью отличаются кремень, аметист, цитрин, авантюрин, горный хрусталь, розовый кварц. Напротив, оникс, переливт и гелиотроп более мягкие – 6,5-7 баллов.

Бериллы

Все разновидности берилла обладают высокой твердостью, что делает их популярными в ювелирном деле. По Моосу этот показатель варьируется в пределах 7,5-8 баллов. Это значит, что камень стойко противостоит царапинам и сколам.

К группе бериллов относятся:

• Изумруд: Знаменитый представитель семейства бериллов, чей насыщенный зеленый цвет обусловлен примесями хрома.
• Аквамарин: Обладает нежным голубым или зеленовато-голубым оттенком. Его цвет сродни морской глади.
• Морганит: Розовый или оранжево-розовый берилл. Название получил в честь американского коллекционера Джона Пека Моргана.
• Гелиодор: Золотисто-желтый берилл. Термин восходит к древнегреческому слову «гелиос», что означает «солнце».
• Гошенит: Бесцветный берилл, который иногда называют «белым сапфиром».
• Максикс: Редкая разновидность берилла с насыщенным синим цветом.

Шпинель

Шпинель – это минерал, который часто затмевается более известными «собратьями» – рубином и сапфиром. И это несправедливо, ведь шпинель обладает рядом уникальных свойств, среди которых выделяется ее исключительная твердость.

Твердость минерала определяется силой связей между его составляющими частицами. В шпинели эти связи настолько прочны, что позволяют ей занимать почетное место в ряду самых твердых драгоценных камней.

По шкале Мооса шпинель имеет показатель 8, что ставит ее в один ряд с топазом. Благодаря высокой твердости, украшения со шпинелью способны сохранять первозданный вид на протяжении десятилетий.

Топаз

Твердость драгоценного камня определяет его долговечность в ювелирных изделиях. Чем тверже самоцвет, тем меньше вероятность, что он поцарапается или повредится при повседневной носке.

Топаз вместе со шпинелью входит в ТОП самых твердых минералов. Наряду с богатой цветовой гаммой эта характеристика ставит его на вершину популярности.

Хотя шпинель немного плотнее, дисперсия света у топаза выше, что делает его более блестящим. При схожей цене выбор конкретного камня зависит от личных предпочтений и других характеристик этих минералов.

Хризоберилл

Хризоберилл – третий по твердости часто встречающийся природный драгоценный камень. В таблице Мооса расположен между корундом и топазом и в среднем имеет значение 8,5.

В ювелирном деле используют 3 разновидности хризоберилла:

• Хризолит: Под этим названием часто подразумевают желто-зеленый хризоберилл. Его путают с перидотом – ювелирной разновидностью оливина.
• Цимофан, он же кошачий глаз: Непрозрачный самоцвет, после огранки кабошон имеющий световую полосу, похожую на зрачок кошки. Эта разновидность обладает красивой опалесценцией или переливчатостью.
• Александрит: Эксклюзивный драгоценный камень с эффектом плеохроизма. Уникальное свойство александрита – способность кардинально менять цвет с холодных сине-зеленых оттенков при дневном освещении на теплые красные тона при свете огня либо лампы накаливания.

Корунд

Корунд известен исключительной твердостью – 9 по Моосу. Он уступает по этому показателю только муассаниту и алмазу. Именно благодаря этой характеристике корунд на протяжении веков использовался человеком в самых разных целях: от создания ювелирных украшений до производства абразивов.

Химически корунд представляет собой оксид алюминия (Al₂O₃). Именно примеси, содержащиеся в его структуре, придают ему разнообразную цветовую гамму. Так, красный корунд – это всем известный рубин, а синий – сапфир.

Муассанит

Твердость муассанита колеблется от 8,5 до 9,5 и в среднем составляет около 9,25. Это делает его одним из самых твердых природных материалов и практически не уступает алмазу.

Муассанит – это карбид кремния, минерал, который был обнаружен в метеоритах. Вообще все карбиды очень твердые. Благодаря выдающимся оптическим свойствам и высокой твердости, синтезированный в лабораториях муассанит стал популярной альтернативой алмазам в ювелирной промышленности.

Муассаниты обладают высоким показателем преломления света, что придает им исключительный блеск и огненную игру. Многие люди отмечают, что муассаниты сверкают ярче алмазов.

Алмаз

Алмаз – наиболее твердый минерал, используемый в качестве драгоценных камней. Его исключительная прочность обусловлена несколькими факторами:

• Уникальная кристаллическая решетка: Атомы углерода в алмазе расположены в строго упорядоченной трехмерной решетке. Каждая связь между атомами углерода невероятно прочна, образуя практически неразрывную структуру.
• Ковалентные связи: Атомы углерода в алмазе связаны между собой ковалентными связями, которые являются одними из самых сильных химических связей. Эти связи обеспечивают алмазу исключительную прочность и устойчивость к внешним воздействиям.
• Высокая плотность упаковки: Атомы углерода в алмазе упакованы очень плотно, что делает его структуру чрезвычайно устойчивой к деформации.

Благодаря выдающейся твердости, алмазы используются в промышленности для резки, шлифовки и полировки самых прочных материалов. Прозрачные кристаллы после огранки демонстрируют исключительно сильную игру света, напоминающую всполохи радуги различных цветов.

Фуллериты

Современным ученым доступны новые методы исследования, о которых Фридрих Моос мог только мечтать. Выяснилось, что шкала Мооса несовершенна и не отражает истинных расхождений между минералами.

Например, алмаз по шкале Мооса имеет твердость 10, а соседний корунд 9. Создается ощущение, что они примерно равны. На самом деле по абсолютной твердости алмаз в 4 раза тверже корунда!

Но это еще «цветочки». Современная наука вышла за рамки алмаза, как эталона твердости. Фуллериты, состоящие из молекул фуллеренов, демонстрируют впечатляющую твердость в диапазоне 150-300 ГПа, что значительно превосходит показатели алмаза (60-150 ГПа).

Учеными разработаны методы искусственного выращивания кристаллов фуллеренов. И это не единственное сверхтвердое вещество. Есть еще лонсдейлит – одна из самых редких и твердых форм углерода, обнаруженная в природе.

Лонсдейлит представляет собой гексагональную модификацию алмаза, тверже последнего на 58%. Его кристаллическая решетка имеет шестиугольную структуру, в отличие от кубической решетки обычного алмаза. Поэтому встает дилемма, каким считать самый твердый камень в мире. Ювелиры по-прежнему таковым называют алмаз, но минерологи ставят на новых сверхтвердых фаворитов.

Вопросы/ответы

Остались вопросы? Задавайте. Попробуем ответить на них.