door Erik Vercammen

De hardheidsschaal van Mohs is nu  zowat 2 eeuwen oud: ze is ontworpen in 1812 en in de huidige vorm in gebruik sinds 1822. Dat ze ook nu nog steeds toegepast wordt en in alle handboeken vermeld staat, bewijst dat ze een goed ontworpen en nuttig instrument is. En dat was nog meer het geval in het begin van de 19° eeuw. De mineralogie was toen een jonge wetenschap, en er waren instrumenten en kaders nodig om de mineralen te kunnen herkennen en rangschikken. 

De scheikunde begon toen ontwikkeld te geraken, en geregeld werden er in mine­ralen nieuwe elementen ontdekt. Maar het was niet gemakkelijk om voor elk stuk naar een labo te trekken en lange en ingewikkelde proeven te doen. Daarom werd er gezocht naar eenvoudiger manieren, ook door Mohs. Hij karakteriseerde de mineralen aan de hand van hun fysische eigenschappen: kristalvorm, hardheid, dichtheid.

Friedrich Mohs werd geboren te Gernrode, op 29 januari 1773 en is gestorven te Agordo nabij Belluno, Italië, op 29 december1839. Hij studeerde aan de universiteit van Halle en aan de beroemde Bergakademie van Freiberg. In 1802 nodigde Eduard Van der Nüll hem uit naar Wenen, om zijn mineralenverzameling te komen beschrijven. Nadien leerde hij op een studiereis aartshertog Johann kennen (naar hem is het mineraal johanniet gedoopt). Deze stelde Mohs aan als curator van de mineralenver­zameling in het Joanneum van Graz. Daar ontwikkelde hij zijn hardheidsschaal. In 1826 werd hij professor te Wenen, waar hij ook weer voor de mineralenverzameling zorgde. Hij grondvestte later mee de “Schule der Montanistik”, wat hem de eretitel van “kaiserliche und köningliche Bergrat” opleverde.

In 1827 al werd er een mineraal naar Mohs genoemd: mohsiet. In 1979 bleek evenwel dat dit identiek was met crightoniet (Sr, La, Ce,Y)(Ti, Fe, Mn)21O38. Dit was eerder beschreven en heeft dus voorrang. En omdat de naam van een gediskrediteerd mineraal minstens 50 jaar lang niet opnieuw mag gebruikt worden om verwarring te voorkomen, moet Mohs dus nog een tijd wachten vooraleer hij opnieuw peter kan worden van een mineraal.

Voor zijn schaal koos Mohs een reeks van 10 mineralen, met telkens een grotere hardheid. Het zijn mineralen die veel voorkomen, ook in goede kristallen, zodat ze gemakkelijk beschikbaar zijn. De schaal is als volgt:

1. Talk
2. Gips
3. Calciet
4. Fluoriet
5. Apatiet
6. Orthoklaas
7. Kwarts
8. Topaas
9. Korund
10. Diamant

Als men nu een onbekend mineraal heeft en men wil de hardheid testen, probeert men achtereenvolgens dit te krassen met de verschillende mineralen van de reeks, te beginnen met de zachtste. Als nu een bepaald mineraal van de schaal, bv kwarts, het onbekende mineraal krast, dan kan men best als test nog twee dingen proberen: 1) met het onbekende mineraal het bekende mineraal (hier de kwarts dus) proberen te krassen en 2) met het onbekende mineraal proberen het mineraal van de schaal dat onmiddellijk zachter is (hier dus orthoklaas) proberen te krassen. Op deze wijze kan men de hardheid nauwkeurig bepalen: is het onbekende mineraal even hard als orthoklaas dan heeft het hardheid 6, is het onbekende mineraal zachter dan kwarts maar harder dan orthoklaas, dan heeft het hardheid 6,5 volgens de schaal van Mohs.

Bij deze procedure moet men goed letten op een paar dingen. Om te beginnen moet men goed bekijken of er wel echt een kras is gemaakt, dan wel dat er wat materiaal is afgekrast van het ene mineraal en op het andere is achtergebleven: het beste is het stuk af te spoelen met water en dan met een vergrootglas te bekijken. Een volgend ding om op te letten is de kwaliteit van het vlak dat men probeert te krassen: het moeten gave vlakken zijn, want verwering levert een vertekend beeld omdat daardoor vlakken weker en zachter worden. En tenslotte kan deze werkwijze alleen op kristalvlakken toegepast worden en niet op aggregaten: in dit laatste geval meet men alleen de krachten tussen de korrels, maar niet de kracht die de bouwstenen van het mineraal in kwestie samenhoudt en die juist kenmerkend is voor dat mineraal.

En voor alle zekerheid moet men de krasproef altijd eens overdoen in de andere richting, want bij elk mineraal zijn er kleine verschillen in de hardheid naargelang de richting: zo kan de punt van een gipskristal een vlak van datzelfde kristal krassen. En het is ook door deze verschillende hardheid volgens de richting dat het mogelijk is diamant te slijpen en te polijsten met diamantpoeder: men zorgt dat de slijpsteen in de richting met de kleinste hardheid van het te slijpen kristal draait, en de stukjes diamantpoeder die net in de hardste richting liggen, kunnen dat vlak dan slijpen.

Meestal zijn deze verschillen in hardheid erg klein, maar in een paar zeldzame gevallen zijn ze erg opvallend, zodat ze zelfs een nuttig determinatiekenmerk zijn. Het meest uitgesproken voorbeeld is het mineraal kyaniet (ook wel cyaniet), dat zijn naam kreeg van het Griekse woord voor ‘blauw’, omdat het inderdaad meestal een mooie kleur blauw heeft. Het heeft echter nog een tweede en verouderde naam, namelijk distheen. Die naam komt ook uit het Grieks, en hij is gevormd uit de woorden voor ‘twee’ en voor ‘kracht’. Kyaniet vormt latvormige kristallen, en in de lengte daarvan bedraagt de hardheid 5 in de lengte, maar loodrecht daarop is het 7! Dat betekent dat men kyaniet in lengte dus wel kan krassen met orthoklaas of een mes, loodrecht daarop niet. Een nog groter verschil is er bij grafiet tussen de platte bovenkant van de kristallen en de zijvlakken, maar dat is moeilijk waarneembaar omdat grafiet meestal voorkomt als massa’s en plaatjes in het gesteente, en slechts heel zelden als goedgevormde dikkere kristallen.

Fig 3. Kyaniet, Pizzo Forno, Ticino, Zwitserland

De hardste mineralen

De hardste twee mineralen van de schaal zijn diamant als 10 en korund als 9. Er zijn nog een aantal zeldzame mineralen met een hardheid in de buurt daarvan, maar het is weinig waar­schijn­lijk om die ooit zelf te vinden.

Het meest voorkomende van deze mineralen is wellicht moissaniet, formule SiC en hardheid van 9,5. Het wordt gevormd in inslagkraters van meteorieten, maar is al langer bekend als de kunstmatige stof carborundum, o.a. gebruikt om te slijpen. Veel kunstmatige kristallen ervan worden valselijk verkocht als mineraal, onder de naam ‘carborundiet’. De laatste jaren wordt het ook gebruikt als diamantimitatie. Bijna even hard (9 tot 9,5) is khamrabaeviet (Ti,V,Fe)C.

Een hele reeks mineralen is even hard als korund: gedegen chroom; de oxides van chroom eskolaiet, van vanadium karelianiet en van beryllium bromelliet; verder een aantal complexe oxides als bahianiet en de mineralen van de taaffeietgroep.

De kunstmatige stof “widia” is allang bekend voor harde werktuigen, maar ze is nu ook als mineraal gevonden, met de naam qusongiet; de formule ervan is WC, wolframcarbide.

Al deze mineralen behoren tot de groep van de elementen of deze der oxides.

De hardheidsschaal van Mohs is een praktische schaal, voor amateurs en om te velde al een eerste determinatie van de vondsten te doen. Wetenschappers beschikken over heel wat andere en nauwkeuriger schalen, die berusten op het gebruik van instrumenten. Die meten bijvoorbeeld hoeveel van een mineraal kan geslepen worden met een bepaalde kracht binnen een bepaalde tijd, of de indruk die een gekalibreerde slag maakt op een onbekend mineraal, of de druk die nodig is voor vervorming. In de wetenschappelijke literatuur vindt men verwijzingen hiernaar, bv. naar de schaal van Vickers of Rockwell.

Maar voor amateurs is en blijft de schaal van Mohs een nuttig instrument. Het is tamelijk eenvoudig de reeks mineralen bijeen te krijgen, misschien met uitzondering van diamant, maar dat is ook zelden nodig: er zijn maar 2 mineralen die harder zijn dan korund en er niet door kunnen gekrast worden. Naast de tien mineralen van de schaal zijn er nog een paar eenvoudig beschikbare middelen die van pas komen: een zakmes heeft hardheid 5,5 en kan dus nog apatiet krassen; glas is 6 tot 6,5 en kan dus door kwarts (en harder) gekrast worden; onze vingernagel heeft hardheid 2,5 en wordt gekrast door calciet, maar krast zelf gips. Dit is een heel goed kenmerk, maar het betekent ook dat men voorzichtig moet omspringen met gipskristallen omdat ze heel gemakkelijk beschadigd worden, zelfs al door een lichte aanraking. Dat geldt ook voor zandrozen, die immers ook uit gips zijn opgebouwd. En stoffen met een hardheid van hoogstens 1,5 zijn zo zacht dat ze afgeven op papier. Het bekend­ste voorbeeld is hier grafiet, de grondstof voor potloden, maar er is ook het “talk­krijt” dat gebruikt wordt om op lappen stof te tekenen in welke vorm ze moeten geknipt worden. Er worden ook pakketjes verkocht om de hardheid te meten: dat zijn ofwel de reeks mineralen in een doosje, ofwel een reeks stalen stiften in een etui, met op de punt telkens een standaardmineraal (of een stof van dezelfde hardheid).

Kwarts is zowat overal aanwezig, als fijne korreltjes in stof, en komt dus met zowat alles in aanraking. Dat geldt ook voor geslepen mineralen, en stenen die minder hard zijn dan kwarts zullen dus geleidelijk krasjes krijgen en dof worden. Om die reden wordt de hardheid van kwarts dikwijls genoemd als ondergrens voor een edelsteen. Maar ook het andere uiterste bestaat: op gespecialiseerde beurzen zijn er zelfs van talk geslepen stenen te zien!

Het herkennen van gips met een vingernagel is al vermeld, maar er zijn nog een aantal andere bekende voorbeelden van eenvoudig determineren door hardheid. Zo kunnen goudgele, metaalglanzende ertsmassa’s gevormd worden door zowel de ijzersulfides pyriet en markassiet, als het ijzer-kopersulfide chalkopyriet. Een zak­mes kan uitkomst brengen: het laatste mineraal wordt daarmee wel gekrast, de beide andere niet. Het mineraal apatiet (zie tekening) kreeg zijn naam naar het Griekse woord voor “bedriegen”, omdat de zeszijdige zuilvormige kristallen ervan gemakkelijk kunnen verwisseld worden met beril en zelfs kwarts: deze laatste twee krassen echter glas en worden niet gekrast door een zakmes, terwijl apatiet zachter is dan dat mes, en dus ook geen glas kan krassen.

Nog een opmerking: bij mooie en goedgevormde kristallen kan men best de kras­proef niet proberen, om de kristallen niet te beschadigen. Trouwens, dergelijke kristallen zijn meestal gemakkelijk te herkennen aan hun vorm.

Uiteraard moet men na het onderzoek in een goed mineralenhandboek opzoeken welke mineralen de gevonden hardheid hebben. Daaruit kan men dan verder zoeken aan de hand van andere eenvoudige kenmerken die in het veld kunnen nagegaan worden: streep, glans, breuk en splijting.

(Dit artikel verscheen eerder in het tijdschrift HONA 2010/1. Meer info: www.hona.be)