Какова твердость соли по шкале твердости Мооса?

Поваренная соль — широко используемое в пищевой промышленности, медицине, животноводстве, косметологии и пр. с древних времен вещество. Получают этот белый кристаллический порошок разными методами. Это может быть, к примеру, выпаривание морской воды, добыча в карьерах, собирание со дна озер. Но в любом случае конечный продукт всегда имеет одинаковые физические характеристики. К примеру, какова твердость соли по шкале Мооса? Об и поговорим далее в статье. Также разберемся с тем, какие еще характеристики имеет этот очень популярный продукт.

Что такое шкала Мооса

Одним из отличительных признаков многих веществ на планете является степень твердости. Определять этот параметр принято по особой схеме, называемой шкалой Мооса. Для облегчения задачи по сравнению твердости разных веществ в эту систему включены 10 эталонных элементов. Твердость этих веществ при этом проверяется просто путем царапанья.

На первом месте в шкале Мооса находится самый твердый минерал на планете — алмаз. Этот драгоценный камень, как известно, не царапается даже прочным стальным ножом. Твердость алмаза по шкале Мооса, таким образом, равна 10. На втором месте в этой схеме находятся корунды — рубины и сапфиры. Их твердость равна 9. Самыми мягкими эталонными веществами шкалы Мооса являются тальк и мел. Их твердость в этой схеме определена как 1.

Шкала твердости Мооса

Шкала Мооса (минералогическая шкала твёрдости) представляет собой качественную порядковую шкалу, характерезующую стойкость различных минералов к царапанию. Используется для определения относительной твердости образцов минералов.

Основана на способности более твердого материала царапать более мягкий материал.

Шкала содержит 10 минералов в качестве эталонных, упорядочивая их в порядке возрастания твердости от очень мягкого (тальк) до очень твердого (алмаз).

Все минералы из таблицы, кроме алмаза, относительно распространены и их легко или недорого получить.

Если минерал царапет эталон, значит его твердость — выше, если он царапается эталоном — ниже.

Шкала Мооса создана в 1812 году и названа в честь изобретателя немецкого геолога и минеролога Фридриха Мооса. С тех пор было изобретено множество различных методов определения твердости: метод Бринеля, Кнупа, Роквелла, Шора, Виккерса.

Определение твердости по Моосу — это относительное целочисленное сравнение устойчивости к царапинам.

Другие методы измерения твердости оперируют устойчивостью к вдавливанию. Для испытаний используется «Индентор» который вдавливается в исследуемый образец с тщательно измеренной силой. Затем размер или глубина выемки на образце и величина силы используются для расчета значения твердости. Поскольку в каждом из этих тестов используются разные аппараты и разные расчеты, их нельзя сравнивать напрямую друг с другом.

Шкала Мооса получила широкое распространение т.к. метод определения твердости прост в исполнении, недорог и люди быстро его понимают.

Несмотря на недостаточную точность, шкала актуальна для полевых геологов, которые используют её для грубой идентификации минералов когда исследуются легко идентифицируемые образцы или когда нет возможности использовать более сложные тесты.

Некоторые используют легкодоступные предметы для быстрого испытания. Например геолог может иметь карманный нож, которым можно определить является ли образец тверже или мягче чем значение 5-6,5 по Моосу.

Ниже представлена расширенная таблица веществ, минералов, драгоценных камней:

© 2014-2020 Все права на материалы, находящиеся на сайте, охраняются в соответствии с законодательством РФ.

Что представляет собой соль

Химическая формула этого вещества выглядит следующим образом: NaCl. По-другому поваренную соль называют также хлористым натрием или каменной солью. В измельченном виде этот пищевой продукт представляет собой бесцветные кристаллы. Последние при этом могут иметь разные размеры. В любом случае в массе соль имеет белый цвет.

Основной особенностью хлористого натрия, как известно, является характерный вкус. В быту и в пищевой промышленности поваренная соль может добавляться в самые разные продукты. Как выяснили ученые, хлористый натрий является веществом, без которого жизнедеятельность человека невозможна вообще.

Какова твердость соли по шкале Мооса

В природе хлористый натрий является веществом очень распространенным. Поэтому каменная соль и была, помимо всего прочего, включена в качестве эталона в шкалу Мооса. Находится хлористый натрий в этой схеме на предпоследнем девятом месте. То есть твердость поваренной соли равна двум. Кристаллы хлористого натрия, как известно, отличаются хрупкостью и легко растворяются в воде. Выглядят соляные крупинки достаточно твердыми. Однако впечатление это по-большей мере обманчивое. На самом деле кристаллы соли легко царапаются даже просто ногтем.

Линейная твердость

Таким образом, как мы выяснили, занимает NaCl предпоследнее место в шкале твердости Мооса. Линейную твердость минералов по этой схеме также определять очень легко. Разумеется, и для эталонного хлористого натрия эта характеристика известна.

Относительный показатель для соли, как мы выяснили, равен 2. Какова же у соли твердость по шкале твердости Мооса абсолютная? Для NaCl этот показатель равен 3.

Единицы измерения твердости

Каждый способов измерения сопротивления металла к пластической деформации имеет свою методику его проведения, а также единицы измерения.

Измерение твердости мягких металлов производится методом Бринелля. Данному способу подвергаются цветные металлы (медь, алюминий, магний, свинец, олово) и сплавы на их основе, чугуны (за исключением белого) и отожженные стали.

Твердость по Бринеллю определяется вдавливанием закаленного, отполированного шарика из шарикоподшипниковой стали ШХ15. Окружность шарика зависит от испытуемого материала. Для твердых материалов – все виды сталей и чугунов – 10 мм, для более мягких – 1 – 2 — 2,5 — 5 мм. Необходимая нагрузка, прилагаемая к шарику:

• сплавы железа – 30 кгс/мм2;
• медь и никель – 10 кгс/мм2;
• алюминий и магний – 5 кгс/мм2.

Единица измерения твердости – это числовое значение и следующий за ними числовой индекс HB. Например, 200 НВ.

Твердость по Роквеллу определяется посредством разницы приложенных нагрузок к детали. Вначале прикладывается предварительная нагрузка, а затем общая, при которой происходит внедрение индентора в образец и выдержка.

В испытуемый образец внедряется пирамида (конус) из алмаза или шарик из карбида вольфрама (каленой стали). После снятия нагрузки производится замер глубины отпечатка.

Единица измерения твердости – это условные единицы. Принято считать, что единица — это величина осевого перемещения конуса, равная 2 мкм. Обозначение твердости маркируется тремя буквами HR (А, В, С) и числовым значением. Третья буква в маркировке обозначает шкалу.

Методика отображает тип индентора и прилагаемую к нему нагрузку.

В основном, используются шкалы измерения А и С. Например, твердость стали HRC 26…32, HRB 25…29, HRA 70…75.

Измерению твердости по Виккерсу подвергаются изделия небольшой толщины или детали, имеющие тонкий, твердый поверхностный слой. В качестве клинка используется правильная четырехгранная пирамида угол при вершине, которой составляет 136°. Отображение значений твердости выглядит следующим образом: 220 HV.

Измерение твердости по методу Шора производится путем замера высоты отскока упавшего бойка. Обозначается цифрами и буквами, например, 90 HSD.

К определению микротвердости прибегают, когда необходимо получить значения мелких деталей, тонкого покрытия или отдельной структуры сплава. Измерение производят путем измерения отпечатка наконечника определенной формы. Обозначение значения выглядит следующим образом:

Читать также: Как из резака сделать газовую горелку

0,196 — нагрузка на наконечник, Н;

2800 – численное значение твердости, Н/мм 2 .

Минералы с аналогичной твердостью

Соль, таким образом — вещество достаточно мягкое. В природе подобных минералов существует множество. К примеру, такие же, как и у NaCl, показатели твердости абсолютной и относительной имеют гипс, слюда, хлорит. Все эти вещества легко царапаются ногтем.

Разумеется, есть свое место на относительной шкале твердости Мооса и у сахара. Соль на шкале используется как одно из эталонных веществ. Сахар, несмотря на то что он также является очень распространенным пищевым продуктом, на схеме Мооса изначально не отмечен. Однако твердость этого вещества, как и любого другого, конечно же, также известна. Сахар чуть мягче соли, но по шкале Мооса показатель его твердости также равен 2.

Другие физические характеристики

Итак, какова твердость соли по шкале твердости Мооса, мы выяснили. Но какие же еще свойства имеет это вещество?

В минералогии обычная пищевая или каменная поваренная соль называется галитом. История этого прозрачного камня насчитывает миллионы лет. Формируется галит в виде кубических кристаллов, цвет которых может варьироваться от бесцветного до розоватого или желтого. Окраска этого минерала бывает связана с видом имеющихся в его толще примесей.

Найти галит в дикой природе можно чаще всего в пластах хемогенных осадочных пород, а также в донных отложениях пересыхающих озер и лиманов.

Основными физическими свойствам соли являются:

• способность растворяться в воде;
• способность кристаллизоваться на предметах;
• соленый вкус;
• плотность — 2.165 г/см3 при температуре 20 °С;
• температура плавления — 801 °С;
• точка кипения — 1413 °С;
• растворимость в воде — 359 г/л при 20 °С.

Вкус NaCl имеет ярко выраженный. Но никто никогда не сможет почувствовать запах соли. Твердость по шкале Мооса у этого вещества небольшая, к тому же оно является хрупким. Мелкие частички соли, к примеру, в местах ее залегания, могут летать в воздухе и даже попадать в нос человека. Однако рецепторов, ответственных за восприятие этого вещества, у человека не имеется. Некоторые люди утверждают, что они могут чувствовать запах соли. Однако в данном случае речь идет все же не NaCl, а о разного рода примесях, содержащихся в этом веществе.

Основные физические свойства минералов

Рассмотрим основные параметры, по которым определяются главные физиологические качества минералов.

Блеск

Это светоотражающая способность горной породы. В науке нет строгого определения такому понятию как блеск. Например, пирит и галенит, непрозрачные минералы, имеющие ярко выраженный металлический блеск, так как хорошо отражают свет.

Существуют горные породы с полиметаллическим блеском – переходным от металлического к неметаллическому.

Минералы с неметаллическим блеском – прозрачные или окрашенные в различные оттенки.

Спайность

Этот параметр определяется качествами кристаллической решетки и крепостью сцепления элементов внутри нее. Существует несколько видов спайности:

• весьма совершенную – минерализированную породу можно легко расщепить на раздельные пластинки со сверкающими, гладкими поверхностями;
• совершенную – расщепление происходит после легкого удара, от которого порода рассыпается на небольшие кусочки с блестящими, ровными гранями;
• среднюю – минерал при механическом воздействии образует не только прямые плоскости, но и изломы с неровными краями;
• весьма несовершенную – полное отсутствие спайности в минерале.

Цвет

Этот показатель обусловлен наличием примесей в минерале или его химическим составом. На сегодняшний день не совсем понятно, почему у самоцветов появляется та либо иная расцветка, таким образом, как один и тот же химический компонент окрашивает различные минералы в различные оттенки. Например, хром делает изумруд зеленоватым, а рубин ярко-красным.

Плотность

Это удельный вес минерала. Плотность – соотношение массы к объему (г/см3), чем плотнее структура горной породы, тем она тяжелее.

Твердость

Это степень сопротивляемости минерала к проникновению в его структуру инородного предмета. Основная масса минерализованных пород обладает твердостью от 2 до 6. наиболее твердые – это силикаты и оксиды безводные. Изучение и дальнейшее описание свойств минералов необходимо для максимально эффективного их использования человеком.

Степень растворимости

К особенностям соли, помимо всего прочего, можно отнести и то, что ее растворимость в воде мало зависит от температуры последней. Этот показатель у NaCl увеличивается на 7 г от 0 до 100 °С. Однако при этом растворимость соли значительно снижается в том случае, если в воде содержится MgCl2 или CaCl2. Резко же увеличивается этот показатель у NaCl при повышении давления. Протекает процесс растворения соли со значительным поглощением тепла. В спирте это вещество практически не растворяется.

Твердость основных металлов и сплавов

Измерение значения твердости проводится на готовых деталях, отправляющихся на сборку. Контроль производится на соответствие чертежу и технологическому процессу. На все основные материалы уже составлены таблицы значений твердости как в исходном состоянии, так и после термической обработки.

Цветные металлы

Твердость меди по Бринеллю составляет 35 НВ, значения латуни равны 42-60 НВ единиц в зависимости от ее марки. У алюминия твердость находится в диапазоне 15-20 НВ, а у дюралюминия уже 70НВ.

Черные металлы

Твердость по Роквеллу чугуна СЧ20 HRC 22, что соответствует 220 НВ. Сталь: инструментальная – 640-700 НВ, нержавеющая – 250НВ.

Для перевода из одной системы измерения в другую пользуются таблицами. Значения в них не являются истинными, потому что выведены империческим путем. Не полный объем представлен в таблице.

Значения твердости, даже если они производятся одним и тем же методом, зависят от прилагаемой нагрузки. Чем меньше нагрузка, тем выше показания.

Химические свойства

По своему составу NaCl относится к группе средних солей. Химический состав поваренной соли выглядит следующим образом:

• Na — 39.34;
• Cl – 60.66.

В чистом виде состав этого вещества полностью соответствует теоретическому. В виде изоморфной примеси поваренная соль содержит Br (до 0,098%). Также в состав галита могут входить: NH3, Не, As, J, Pb и некоторые другие вещества. Атомы в структуре Na и Cl чередуются равномерно в узлах кристаллической кубической решетки.

Размеров кристаллы соли могут достигать значительных. Также для галита характерны скелетные образования — хрупкие, мутно-белы пирамидки-лодочки.

Способы искусственного получения

Получать каменную соль для пищевой промышленности или, к примеру, медицины могут с использованием разных технологий. В лабораториях для выделения NaCl обычно применяют рассолы подземного растворения каменной соли. Это позволяет получить максимально чистый продукт без примесей промышленных производств. Подземные рассолы в данном случае подвергаются обычному выпариванию. В этом случае получается чистая соль с твердостью по шкале твердости Мооса 2. Выпаривание рассолов при использовании такой методики производится в специальных многокорпусных установках.

Методы измерения твердости

Все методы определения твердости металлов используют механическое воздействие на испытуемый образец – вдавливание индентора. Но при этом не происходит разрушение образца.

Метод определения твердости по Бринеллю был первым, стандартизованным в материаловедении. Принцип испытания образцов описан выше. На него действует ГОСТ 9012. Но можно вычислить значение по формуле, если точно измерить отпечаток на образце:

HB=2P/(πD*√(D 2 -d 2 ),

• где Р – прикладываемая нагрузка, кгс;
• D – окружность шарика, мм;
• d – окружность отпечатка, мм. Шарик подбирается относительно толщины образца. Нагрузку высчитывают предварительно из принятых норм для соответствующих материалов: сплавы из железа — 30D 2 ; медь и ее сплавы — 10D 2 ; баббиты, свинцовые бронзы — 2,5D 2 .

Условное изображение принципа испытания

Схематически метод исследования по Роквеллу изображается следующим образом согласно ГОСТ 9013.

Метод измерения твердости по Роквеллу

Итоговая приложенная нагрузка равна сумме первоначальной и необходимой для испытания. Индикатор прибора показывает разницу глубины проникновения между первоначальной нагрузкой и испытуемой h –h0.

Метод Виккерса регламентирован ГОСТом 2999. Схематически он изображается следующим образом.

Математическая формула для расчета: HV=0.189*P/d 2 МПа HV=1,854*P/d 2 кгс/мм 2 Прикладываемая нагрузка варьируется от 9,8 Н (1 кгс) до 980 Н (100 кгс). Значения определяются по таблицам относительно измеренного отпечатка d.

Метод считается эмпирическим и имеет большой разброс показаний. Но прибор имеет простую конструкцию и его можно использовать при измерении крупногабаритных и криволинейных деталей.

Измерить твердость по Моосу металлов и сплавов можно царапанием. Моос в свое время предложил делать царапины более твердым минералом по поверхности предмета. Он разложил известные минералы по твердости на 10 позиций. Первую занимает тальк, а последнюю алмаз.

После измерения по одной методике перевод в другую систему весьма условен. Четкие значения существуют только в соотношении твердости по Бринеллю и Роквеллу, так как машиностроительные предприятия их широко применяют. Зависимость можно проследить при изменении диаметра шарика.

Как видно из таблицы, увеличение диаметра шарика значительно снижает показания прибора. Поэтому на машиностроительных предприятиях предпочитают пользоваться измерительными приборами с однотипным размером индентора.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Твердостью металла называют его свойство оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии стандартного тела-наконечника на поверхностные слои материала.

Читать также: Медь и олово что получается

Испытание на твердость – основной метод оценки качества термообработки изделия.

Определение твердости по методу Бринелля. Метод основан на том, что в плоскую поверхность под нагрузкой внедряют стальной шарик. Число твердости НВ

определяется отношением нагрузки к сферической поверхности отпечатка.

Метод Роквелла (HR) основан на статическом вдавливании в испытываемую поверхность наконечника под определенной нагрузкой. В качестве наконечников для материалов с твердостью до 450 HR используют стальной шарик. В этом случае твердость обозначают как HRB

. При использовании алмазного конуса твердость обозначают как
HRA
или
HRC
(в зависимости от нагрузки).

Твердость по методу Виккерса (HV) определяют путем статического вдавливания в испытуемую поверхность алмазной четырехгранной пирамиды. При испытании измеряют отпечаток с точностью до 0,001 мм при помощи микроскопа, который является составной частью прибора Виккерса.

Метод Шора. Сущность данного метода состоит в определении твердости материала образца по высоте отскакивания бойка, падающего на поверхность испытуемого тела с определенной высоты. Твердость оценивается в условных единицах, пропорциональных высоте отскакивания бойка.

Интересные факты

Твердость соли по шкале твердости Мооса определена точно. Этот показатель для NaCl равен 2. Задумались о физических и химических свойствах соли люди не так давно. Но само это вещество человек использовал для разных целей с глубокой древности. В первую очередь соль во все времена применялась, конечно же, прежде всего как пищевой продукт. Однако иногда она могла выполнять в обществе и другие функции. К примеру, в Эфиопии это вещество вплоть до XX века применялось в качестве валюты.

В Средние века соль была настолько дорогой, что ее иногда называли белым золотом. В Германии, к примеру, до сих пор существует особый «соляной тротуар», по которому этот ценный пищевой продукт когда-то перевозили между городами, расположенными на берегу Балтийского моря.

Для человеческого организма соль действительно является очень важным продуктом. Если выпить очень большое количество воды, это вещество вымоется из тканей. В этом случае у человека может наступить даже и летальная гипонатриемия.

Недостаток соли в организме человека, таким образом, очень опасен. Но и переизбыток этого вещества полезным быть, разумеется, не может. Есть слишком много соли за один прием ни в коем случае нельзя. К смерти может привести принятие этого вещества уже в количестве 1 г на 1 кг веса.