모스 굳기계

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Mohs' scale of mineral hardness

독일의 광물학자인 프리드리히 모스가 1812년에 제안한 광물 굳기(경도)의 기준표.

개요

모스 굳기계는 주위에서 구할 수 있는 10가지 광물들을 놓고 서로 긁어 보아서 어느 쪽이 흠집이 나는지 보고 '상대적인' 굳기를 매겼다. 여기에 사용된 광물은 강옥, 금강석, 방해석, 석고, 석영, 인회석, 정장석, 형석, 활석, 황옥의 10가지이다.

다음은 위의 10가지 광물을 서로 긁어서 뽑은 측정 결과들

1. 활석
2. 석고
3. 방해석
4. 형석
5. 인회석
6. 정장석
7. 석영
8. 황옥
9. 강옥
10. 금강석(다이아몬드)

이 목록 이외의 다른 광물들을 모스 굳기계에 의거하여 굳기를 매길 때, 두 광물 사이의 중간 굳기일 경우 ±0.5를 한다. 예를 들어, 백금은 형석(4)보다 단단하고 인회석(5)보다는 덜 단단하므로 4.5로 매긴다. 애매한 경우는 n~m 식으로 매긴다. 예를 들어, 유리는 정장석(6)과 석영(7) 사이이지만 애매하므로 6~7로 매긴다. 일반 금강석보다 더 단단한 '하이퍼 다이아몬드'의 경우는 '>10' 이렇게 매긴다. 금강석이 모스 굳기계의 끝판왕인지라 10.5 이렇게 표기하긴 애매해서 그런 듯.

또한 모스 굳기 지표는 절대적인 수치가 아니고 어디까지나 상대적인 수치이기에 활석이 1이고 금강석이 10이라고 해서 금강석의 굳기가 활석의 10배라는 소리는 아니다. 예를 들어 굳기계가 1인 활석과 2인 석고를 비교하면 절대적인 수치로 2배 딱딱하나, 활석(1)과 다이아몬드(10)를 비교해보면 수치로는 무려 1600배나 차이가 난다.

다음은 위 10가지 광물들의 절대적인 굳기 수치. 특히 강옥과 금강석의 절대적 굳기 수치 차이가 매우 크게 난다.

• 활　석 (1)
• 석　고 (2)
• 방해석 (9)
• 형　석 (21)
• 인회석 (48)
• 정장석 (72)
• 석　영 (100)
• 황　옥 (200)
• 강　옥 (400)
• 금강석 (1600)

하지만 과학에 대한 상식이 모자란 일부 작품양판소라든가 양판소라든가 양판소라든가은, 모스 굳기계가 12라느니 20이라느니 하면서 창작물 속 광물의 강도/경도를 이 모스 굳기계로 표현하곤 한다. 하지만 이는 명백히 잘못된 용례로서, 영하 500도와 같은 맥락의 오류. 상기 개념들에 대한 정확한 지식 없이 숫자만 뻥튀기하면 이런 오류가 발생한다.

모스 경도는 독일 지질학자 모스(Mohs)가 임의로 설정한 상대적 계수이기에 타인이 추가하면 이미 모스 경도라는 이름의 의미가 없으며 또한 모스 경도의 수치 자체도 광물의 경도를 비교해서 상대적인 순서를 배열한 것에 지나지 않으므로 실제 굳기값에 대한 정보는 될 수 없다.

산업 분야에서의 경도(Hardness)는 한가지 기준으로 통일된 것이 아니라 특정 응용 분야에 적합한 여러가지 물리적인 측정 방식에 의해 정의되어있다. 대표적인 것으로는 긁기가 아니라 탐침을 시료에 눌러서 경도를 측정하는 압입 경도(Indentation Hardness)계로, 비커스(Vickers) 경도, 눕 경도(Knoop Hardness), 브리넬 경도(Brinell Hardness) 등이 있다. 정확한 경도 수치를 표기하고 싶다면 이들 경도를 쓰는 것이 좋다. 해당 경도계는 대체로 재료의 인장 강도와 비례 관계가 있어 경도를 측정하면 인장 강도 역시 간접적으로 측정할 수 있다.

금속을 갈아내는 용도의 고급 드릴은 이 성질을 이용해서 인조 다이아몬드를 붙이기도 하는데, 다이아몬드가 열에 그리 강하지 않기 때문에 강옥과 다이아몬드 사이의 경도를 보이는 보라존보라준이나, 텅스텐계 합금인 초경합금을 쓰기도 한다. 중고등학교에서 실습용으로 사용하는 모스 굳기계용 표본에서는 맨 마지막의 금강석 원본 대신 이 인조 다이아몬드를 이용한 기기로 대신하기도 한다. 진짜 다이아몬드 원석을 학교 실습용으로 구하기는 곤란하기 때문.

주의할 점은 모스 경도는 어디까지나 경도의 기준이며, 이는 강도와는 다르다는 것이다. 경도가 높은 광물은 표면을 긁었을 때 잘 긁히지 않는 것이며, 서로 충돌시켰을 때 깨지거나 변형되지 않는다는 의미는 아니다. 예컨대 다이아몬드는 철보다 경도가 높지만, 쇠망치로 내리쳐서 다이아몬드를 깨뜨릴 수 있다. (참고로 경도에 비해 강도가 특별히 높은 것은 금속결합의 특성이기도 하다.) 더 극단적인 예로는, 경도가 매우 낮은 고무공을 경도가 높은 유리창에 던져 깨뜨릴 수 있다는 것이 있다.