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地球上で最も硬い鉱物ベスト11。自然の美しさを感じよう。

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本記事は、11 Hardest Minerals In The World | On Mohs Scale
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約7分32秒

鉱物の硬さはモース硬度で定義され、硬い鉱物ほどモース硬度が高い。モース硬度は、1812年にドイツの地質学者・鉱物学者であるフリードリヒ・モースが考案した、ある物質が他の(より軟らかい)物質を引っ掻く能力の基準です。

 

モース硬度は正確ではなく、厳密には序列化されていますが、地質学では主に様々な鉱物を識別するために使用されています。電子機器メーカーでは、フラットパネルディスプレイモジュールの耐久性をテストするために、この尺度を使用しています。例えば、最近の携帯電話のディスプレイには、モース硬度6のものでこすると傷がつくゴリラガラスが使われています。

 

スクラッチテストを行うために、冶金学者はスクレロメーターまたはターナースクレロメーターを使用します。以下では、よく研究されている、世界で最も硬い鉱物をモース硬度に応じてランキングしています。また、各鉱物の絶対的な硬度(スクレロメーターで測定したもの)についても記載しています。

 

11位.タルク

 

 

モース硬度:1

絶対硬度:1

 

化学式ではMg3Si4O10(OH)2

 

タルクは、水和したケイ酸マグネシウムからなる鉱物です。不透明から半透明で、色は緑から白っぽい灰色まであります。アメリカ西部、西アルプス、ヒマラヤの変成帯に多く見られる変成鉱物です。

 

タルクは粉砕すると白い粉になり、「タルカムパウダー」として親しまれています。この粉末は、臭いや水分、油分を吸収する優れた特性を持っています。また、増粘剤や潤滑剤として、塗料やセラミックス、屋根材などにも使用されています。

 

セシウム、ルビジウム(硬度0.2~0.3)リチウム、ナトリウム、カリウム(硬度0.5~0.6)はすべてタルクよりも柔らかいです。

 

10位.石膏

 

 

 

モース硬度:2

絶対硬度3

 

化学式CaSO4・2H2O

 

石膏は、硫酸カルシウム二水和物からなる硫酸塩鉱物です。石膏は広く採掘され、セメント、パリ石膏、壁板、白亜の製造に使用されます。また、肥料やポルトランドセメントの硬化遅延剤としても使用されています。

 

石膏は、メソポタミア、古代ローマ、ビザンチン帝国などの古代彫刻からも発見されています。現在、世界で最も多くの石膏を埋蔵している国は、アメリカ、ブラジル、インドの3カ国です。

 

マーズ・リコネイサンス・オービター(MRO)の軌道上の写真から、火星の最北端に石膏砂丘が存在することがわかりました。

 

9位.カルサイト

 

 

モース硬度。3

絶対硬度:9

 

化学式CaCO3

 

方解石は、炭酸塩鉱物に属し、炭酸カルシウムの最も安定した多形体です。堆積岩の多くは海洋生物の死骸でできています。ニューメキシコ州リンカーン郡のスノーウィー・リバー・ケーブでは、天然の方解石が発見されています。

 

モース硬度は3で、比重は2.71です。方解石の結晶の形は、これまでに800種類以上が確認されています。そのほとんどが可視光に対して透明ですが、不純物を含むと黄色、茶色、灰色、黒、オレンジ、緑、紫などの色調を呈することがあります。

 

建設業界では、大理石や石灰石の形で方解石を使用し、セメントやコンクリートを作ります。化学工業では、カルサイトを酸の中和剤として使用しています。また、パワーのある方解石(白い色をしている)は、塗料の不活性着色成分としてよく使われます。

 

8位.蛍石

 

 

モース硬度。4

絶対硬度:21

 

化学式CaF2

 

蛍石の結晶は、カルシウムとフッ素でできています。純粋な結晶は紫外光、可視光ともに透明ですが、不純物を含むとカラフルな鉱物となります。粒状、塊状、立方体、八面体などの結晶が存在します。

 

この鉱物の大部分は、熱水活動を受けた岩石中の鉱脈充填物として発生します。また、石灰岩やドロマイトの割れ目にも含まれています。中国、メキシコ、南アフリカは、世界でも有数の蛍石生産国です。

 

蛍石は、主にセラミックス、冶金、化学の分野で使用されています。また、その低分散性(色収差が発生しない、または発生しにくい)から、光学レンズにも利用されています。

 

7位.アパタイト

 

 

 

モース硬度:5

絶対硬度48

 

化学式ではCa5(PO4)3(F,Cl,OH)

 

アパタイトとは、物理的性質や化学組成が類似したリン酸塩鉱物の集合体です。通常は、F-、Cl-、OH-をそれぞれ高濃度に含むフルオロアパタイト、クロロアパタイト、ハイドロキシアパタイトを指します。

 

色や透明度の優れた結晶はファセットカットされ、色や透明度がそこそこのものはカボションカットされることが多いです。

 

アパタイトの最も一般的な用途は、肥料、すなわちリンの生産です。また、化学工業用の動物飼料用サプリメント、元素状リン、リン酸、いくつかのリン酸化合物の製造にも使用されます。

 

世界のリン鉱石の埋蔵量の75%以上が西サハラとモロッコにあります。アポロ計画の際に宇宙飛行士が月面で採取したものもあります。

 

6位.オーソクレース長石

 

 

 

モース硬度:6

絶対硬度:72

 

化学式KAlSi3O8

 

オーソクレース長石は、サニディンやマイクロクリンという鉱物と多形です。フェルス系火成岩に多く含まれ、ペグマタイトでは大きな結晶や塊を形成します。

 

オルソクレースの結晶は数センチ以下のものが多いが、確認されている最大のものは長さが30フィート以上、重さが1万キログラム近くあった。ロシアのウラル山脈にあるペグマタイトから発見されました。月や火星で発見された火成岩からも検出されています。

 

オーソクレースは、主にガラスやセラミックスの製造に用いられます。オーソクレースの代表的な宝石にムーンストーンがありますが、これはオーソクレースと白雲母の長石が交互に積み重なった半透明から透明の素材です。

 

5位.石英

 

 

モース硬度:7

絶対硬度:100

 

化学式SiO2

 

水晶は、地殻の中で長石に次いで多く存在する鉱物です。珪素原子と酸素原子からなる結晶で、α-石英(三角錐)とβ-石英(六角錐)の2種類があります。α-石英(三方晶)とβ-石英(六方晶)の2つの形態があります。α-は573℃でβ-石英になります。

 

石英は機械的にも化学的にも風化しにくい性質を持っています。ほとんどの色が存在し、代表的なものには、透明、白、黒、緑、ピンク、茶色、グレー、黄色、紫などがあります。

 

石英は、その色や光沢、双晶性からガラスや宝石としての価値がある一方で、耐熱性や電気特性から電子製品にも利用されています。また、水晶は正確な周波数で結晶を振動させることができるという特性もあります。そのため、水晶振動子と呼ばれる装置に使用されています。

 

4位.トパーズ

 

 

 

モース硬度:8

絶対硬度:200

 

化学式ではAl2SiO4(F,OH)2

 

トパーズは、フッ素とアルミニウムからなる希少なケイ酸塩鉱物です。天然の状態では、トパーズは黄金色から黄色をしています。不純物や処理の違いにより、淡いグレー、ピンク、赤みがかったオレンジ、ワインレッド、透明・半透明などの色に変化します。

 

その硬さと多様な色、そして通常の透明度から、カットされた宝石としてジュエリーに広く使われています。トパーズの結晶の中には、金属酸化物でコーティングされ、多色の虹色の光沢を持つものがあります。これらの結晶は「ミスティックトパーズ」と呼ばれ、明るい光の下で様々な角度から見ると色が変わって見えます。

 

世界各地の流紋岩やペグマタイトなどの岩石が形成された場所で発見されます。高品質のインペリアル・トパーズのほとんどは、ブラジル南東部のミナス・ジェライス州で作られています。また、アメリカ、スリランカ、オーストラリア、メキシコ、日本、ロシアにも相当量のトパーズが産出されています。

 

 

3位.コランダム

 

 

モース硬度:9

絶対硬度400

 

化学式Al2O3

 

コランダムは天然の酸化アルミニウムの結晶で、チタン、バナジウム、鉄、クロムを微量に含んでいます。モース硬度で3番目に硬い鉱物であるため、他のほとんどの鉱物を傷つけることができます。

 

純粋なコランダムは透明ですが、不純物が含まれていると異なる色になります。色の異なるコランダム結晶にはそれぞれ名前があり、赤い色のコランダムはルビー、ピンク・オレンジはパドパラチャ、それ以外はサファイアと呼ばれています。

 

その非常に高い硬度と密度から、研磨剤として使用されています。粉砕されたコランダム顆粒(均一な大きさ)は、研磨剤、砥石やメディア、様々な切削用途に使用されます。

 

宝石の中でも最も人気のあるものの一つで、宝飾市場の需要を満たすために、毎年何百万個ものサファイヤとルビーが必要とされています。合成コランダムは、いくつかのレーザーの重要な構成要素でもあります。実際、1960年に開発された最初の実用的なレーザーは、強烈な光を発するための「ゲイン媒体」として、ルビーの結晶を加工したものを使用していました。

 

 

2位.モワサナイト

 

 

 

モース硬度:9.5

融点:2,730 °C

 

化学式SiC

 

モワサナイトは自然界に存在する炭化ケイ素です。隕石(元々は星屑として形成されたもの)やキンバライトの一部に見られる希少な小さな結晶です。1893年、後にノーベル化学賞を受賞したフランスの科学者、アンリ・モワッサンによって発見されました。

 

天然のモワサナイトは非常に希少なため、現在入手できるモワサナイトの結晶のほとんどは実験室で作られたものです。硬度、熱伝導性、光学的特性などから、工業用や商業用に重宝されています。

 

これらの特性から、ダイヤモンドに代わる高圧実験用の素材として重宝されています。ダイヤモンドは非常に高価なので、モワサナイトの結晶は大量の実験に使われることが多いです。

 

1位.ダイヤモンド

 

 

 

モース硬度:10

絶対硬度:1,500

 

化学式C

 

ダイヤモンドは、天然鉱物の中でモース硬度が最も高いとされています。その硬さは純度に依存し、最も硬いダイヤモンドは他のダイヤモンドによってのみ傷をつけることができます。ブルーカラーのダイヤモンドには、天然の半導体、電気絶縁体、電気伝導体の3種類があります。

 

すべてが炭素原子でできており、各炭素原子は4つの他の炭素原子と強い共有結合(化学結合の中でも最も強いタイプ)で結合しています。また、密度が非常に高く、3,150〜3,530kg/m3です。

 

ダイヤモンドは、地表から100マイルの深さで発生する高い圧力と温度で形成されるが、中には500マイルの深さから産出されたものもあります。宝石用ダイヤモンドが宝飾品や投資用に適しているのに対し、工業用ダイヤモンドは研削、切断、穿孔、研磨などに用いられます。

 

年間約1億4千万カラットのダイヤモンドが鉱山から産出されています。ロシアは最大のダイヤモンド埋蔵量を誇っており、その量は6億5千万カラットと推定されています。全世界の埋蔵量は12億カラットと言われています。

 

おまけ

最近の研究では、コンピュータシミュレーションにより、理論的に立方体のダイヤモンドよりも硬度が高い結晶がいくつか見つかっています。それらの材料の中で最も印象的なのは、「ウルツ鉱型窒化ホウ素」と「ロンズデライト」です。

 

ウルツァイト・ボロン・ナイトライド

ウルツァイト窒化ホウ素(wBN)は、その優れた特性と様々な応用の可能性から、近年、産業界と学術界の両方から注目されている素材です。高硬度に加えて、高熱伝導率、高熱膨張率、良好な化学的安定性を有しています。

 

地球上に存在するwBNの量はごく限られています。それらは自然に見つかるか、人工で合成されたものです。自然界では、火山の噴火の際に、非常に高い温度と圧力によって生成されます。様々なシミュレーションによると、wBNはダイヤモンドよりも18%多くのストレスに耐えることができます。

 

ロンズデライト

六方晶ダイヤモンドとも呼ばれるロンズデライトは、アイルランドの著名な結晶学者であるキャスリーン・ロンスデールにちなんで命名されました。黒鉛を含む隕石が地球に衝突した際に形成される天然の鉱物です。

 

衝突による熱と応力で黒鉛が変化し、ダイヤモンドに似ていますが、異なる形に配列されたロンズデライトができあがりました。また、実験室では、爆発物を使ったり、静的なプレス機で黒鉛を加熱・圧縮することでも作られています。

 

シミュレーションによると、ダイヤモンドよりも優れた圧痕強度(58%)を持っています。ダイヤモンドが97ギガパスカルで壊れるのに対し、152ギガパスカルの押し込み圧に耐えることができます。

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