Tự thử độ cứng của đá bằng móng tay, đồng xu, kính theo thang Mohs

Độ cứng của một khoáng vật là khả năng chống lại việc bị vạch xước. Thang Mohs xếp 10 khoáng vật từ mềm nhất (talc, số 1) tới cứng nhất (kim cương, số 10), và bạn có thể ước lượng độ cứng của một hòn đá chỉ bằng móng tay (khoảng 2,5), một đồng xu bằng đồng (khoảng 3,5) và một tấm kính (khoảng 5,5). Thứ gì vạch xước được thứ gì, thứ đó cứng hơn.

Thang Mohs ra đời từ một ý tưởng rất đơn giản

Năm 1812, nhà khoáng vật học người Đức Friedrich Mohs cần một cách nhanh để phân biệt khoáng vật ngoài thực địa, khi không có phòng thí nghiệm. Ông chọn mười khoáng vật dễ kiếm, rồi xếp chúng theo một quy tắc: khoáng vật đứng sau vạch xước được khoáng vật đứng trước. Hơn hai trăm năm sau, thợ mỏ, người buôn đá và học sinh vẫn dùng đúng thang ấy.

Độ cứng	Khoáng vật chuẩn	Gặp ngoài đời ở đâu
1	Talc	Phấn rôm trẻ em, bột talc
2	Thạch cao (gypsum)	Tấm trần thạch cao, nhiều loại phấn viết bảng
3	Canxit	Đá vôi, đá hoa, thạch nhũ trong hang
4	Fluorit	Mẫu trưng bày, nguyên liệu luyện kim
5	Apatit	Quặng phốt phát làm phân bón; men răng có thành phần gần giống
6	Fenspat orthoclas	Hạt trắng, hồng trong đá granite
7	Thạch anh	Cát, sỏi trắng, pha lê tự nhiên
8	Topaz	Đá quý màu vàng, xanh nhạt
9	Corundum	Ruby, sapphire, giấy nhám loại tốt
10	Kim cương	Trang sức, mũi khoan, lưỡi cắt đá

Thang Mohs là thứ tự, không phải thước đo đều

Đây là điều nhiều người lớn cũng hiểu nhầm. Số 10 không có nghĩa là "cứng gấp đôi số 5". Mohs chỉ cho biết ai vạch được ai, giống bảng xếp thứ tự chứ không phải cây thước có vạch đều nhau.

Khi các nhà khoa học sau này đo độ cứng bằng máy (ấn một mũi nhọn vào bề mặt và đo vết lõm), khoảng cách giữa các bậc chênh nhau rất nhiều. Bước từ 9 lên 10 là bước nhảy lớn nhất: kim cương cứng hơn corundum nhiều lần, trong khi talc và thạch cao chỉ chênh nhau chút ít. Vì thế trong công nghiệp, người ta dùng các phép đo khác như Vickers hay Knoop; còn ngoài thực địa, Mohs vẫn là công cụ nhanh và rẻ nhất.

Bộ dụng cụ thử độ cứng có sẵn trong nhà

Bạn không cần mua mười khoáng vật chuẩn. Một số đồ vật quen thuộc có độ cứng gần đúng, đủ để chia hòn đá vào các nhóm.

Dụng cụ	Độ cứng gần đúng	Ghi chú
Móng tay	khoảng 2,5	Vạch được talc, thạch cao
Đồng xu bằng đồng đỏ	khoảng 3–3,5	Xu thép mạ kẽm, mạ niken có thể cứng hơn; ghi rõ mình dùng đồng xu nào
Đinh sắt, đinh thép	khoảng 4,5–5,5	Người lớn cầm giúp
Kính cửa, đáy chai thuỷ tinh	khoảng 5,5	Chỉ dùng mảnh kính đã được người lớn dán kín cạnh
Mặt sau viên gạch men (phần không tráng men)	khoảng 6,5	Cũng dùng để thử "vết vạch" màu bột

Với bộ này, bạn chia được đá thành bốn nhóm: mềm hơn móng tay, giữa móng tay và đồng xu, giữa đồng xu và kính, cứng hơn kính. Như vậy đã đủ để tách những khoáng vật hay bị nhầm với nhau.

Những cặp hay nhầm mà phép vạch tách được ngay

Thạch anh và canxit

Cả hai đều có thể trắng, trong, sáng bóng. Nhưng thạch anh (7) vạch xước kính dễ dàng, còn canxit (3) bị đồng xu làm xước. Thêm một mẹo: nhỏ giấm, canxit sủi bọt, thạch anh thì không.

Vàng thật và "vàng của kẻ ngốc"

Pyrit là khoáng vật vàng óng như vàng, từng khiến nhiều người đi đãi vàng mừng hụt. Vàng thật rất mềm (khoảng 2,5–3), dùng kim loại cứng hơn ấn vào là để lại vết lõm. Pyrit cứng khoảng 6–6,5, vạch được kính. Dù vậy, đừng thử trên nhẫn, dây chuyền thật trong nhà: vết xước là vĩnh viễn.

Đá quý thật và thuỷ tinh màu

Thuỷ tinh chỉ cứng khoảng 5,5, trong khi ruby, sapphire là 9. Thợ ngày xưa từng dùng điều này để thử đá, nhưng ngày nay người ta tránh, vì vạch thử làm hỏng viên đá. Các phòng giám định dùng máy đo chiết suất và kính hiển vi thay vì cào xước.

Độ cứng giải thích nhiều chuyện hằng ngày

• Vì sao lau kính mắt bằng áo khi kính đầy bụi lại làm xước? Bụi đường có nhiều hạt cát thạch anh (7), cứng hơn lớp phủ mắt kính. Chà khô là kéo những hạt ấy đi trên mặt kính. Nên rửa nước trước rồi mới lau.
• Vì sao mặt kính đồng hồ tốt ít xước? Nhiều đồng hồ dùng kính sapphire nhân tạo, độ cứng 9, nên cát bụi thông thường không làm gì được.
• Vì sao thạch nhũ trong hang dễ bị hỏng? Thạch nhũ là canxit, độ cứng chỉ 3. Đế giày, móng tay, thậm chí dầu trên da tay cũng làm nó trầy hoặc bẩn. Đó là lý do khách tham quan không được chạm vào.
• Vì sao kim cương được gắn vào mũi khoan? Không gì tự nhiên cứng hơn nó, nên nó cắt được cả đá granite, bê tông.

Cứng không có nghĩa là không vỡ

Độ cứng là chống xước. Độ dai là chống vỡ. Hai thứ này khác nhau. Kim cương cứng nhất nhưng có những mặt phẳng dễ tách, gõ mạnh đúng hướng thì có thể vỡ. Ngọc bích (nephrit) chỉ cứng khoảng 6–6,5 nhưng rất dai, vì sợi khoáng vật đan vào nhau như nỉ, nên người xưa mài được lưỡi rìu bằng ngọc. Kính cũng là ví dụ: khá cứng nhưng giòn, rơi là vỡ.

Khi đọc về đá, hãy nhớ ba thứ riêng biệt: độ cứng (chống xước), độ dai (chống vỡ) và độ bền hoá học (chống axit, nước, ánh nắng). Một viên đá tốt cho bậc thềm cần đủ cả ba.

Thử làm: xếp hạng độ cứng năm hòn đá

Bạn cần: 4–6 hòn đá hoặc mẫu khoáng vật (đá sỏi, phấn bảng, một mẩu đá vôi, viên sỏi thạch anh trắng), móng tay, một đồng xu, một đinh sắt, một tấm kính nhỏ đã được người lớn dán băng dính kín các cạnh, mặt sau viên gạch men, giấy ghi.

An toàn trước tiên: người lớn chuẩn bị và cầm tấm kính; đặt kính phẳng trên khăn dày trên bàn, không cầm kính trên tay mà vạch. Đeo kính bảo hộ hoặc kính mát nếu có. Không dùng dao.

1. Đánh số các hòn đá. Bắt đầu bằng phép thử nhẹ nhất: dùng móng tay vạch mạnh lên một mặt phẳng của đá.
2. Sau mỗi lần vạch, lấy ngón tay miết lên vết. Nếu vết biến mất, đó chỉ là bột của dụng cụ để lại, không phải vết xước. Vết xước thật là một rãnh, miết không mất.
3. Không xước bằng móng tay thì chuyển sang đồng xu, rồi đinh. Ghi lại dụng cụ đầu tiên làm xước được đá.
4. Thử ngược lại: đặt kính phẳng trên khăn, cầm hòn đá vạch nhẹ lên kính. Nếu đá để lại rãnh trên kính, đá cứng hơn 5,5.
5. Lập bảng: tên mẫu, dụng cụ vạch được, khoảng độ cứng ước lượng. So với bảng Mohs ở trên để đoán khoáng vật.

Kết quả hay gặp: phấn bảng mềm hơn móng tay; đá vôi bị đồng xu hoặc đinh làm xước; sỏi thạch anh trắng vạch xước kính. Nếu một mẫu cho kết quả lưng chừng, cứ ghi "khoảng 3–4"; đo ngoài thực địa vốn không cần chính xác tới số lẻ.

Câu hỏi thường gặp

Thang độ cứng Mohs là gì?

Thang Mohs là bảng xếp mười khoáng vật theo độ cứng, từ talc (1) tới kim cương (10), do Friedrich Mohs đưa ra năm 1812. Khoáng vật đứng sau vạch xước được khoáng vật đứng trước. Đây là thang thứ tự, không phải thước đo đều.

Móng tay có độ cứng bao nhiêu?

Móng tay có độ cứng khoảng 2,5 trên thang Mohs. Nó vạch được talc và thạch cao nhưng không vạch được canxit. Vì vậy, đá nào bị móng tay làm xước là đá rất mềm.

Làm sao biết đá cứng hơn kính?

Đặt một tấm kính đã dán kín cạnh nằm phẳng trên khăn, rồi vạch nhẹ hòn đá lên mặt kính. Nếu để lại rãnh không lau đi được, đá cứng hơn khoảng 5,5. Thạch anh, topaz, ruby đều vạch được kính; việc này nên có người lớn chuẩn bị kính.

Kim cương có vỡ không?

Có. Kim cương cứng nhất nhưng không phải không vỡ được. Nó có những mặt phẳng dễ tách, bị va đập mạnh đúng hướng thì nứt hoặc vỡ. Độ cứng là chống xước, còn chống vỡ là độ dai, một tính chất khác.

Vì sao không nên thử độ cứng trên trang sức thật?

Phép thử độ cứng để lại vết xước vĩnh viễn, làm mất giá trị đồ thật. Các phòng giám định đá quý dùng máy đo và kính hiển vi thay cho phép vạch. Phép vạch chỉ nên làm trên đá nhặt được hoặc mẫu tập luyện.