Thang đo Mohs là gì? Tìm hiểu thang độ cứng khoáng vật và ứng dụng thực tế

Khi nhắc đến độ cứng của vật liệu – từ đá quý, kính đồng hồ cho tới khoáng chất tự nhiên – người ta thường nhắc đến thang đo Mohs. Đây là một trong những tiêu chuẩn cơ bản và dễ hiểu nhất để so sánh độ cứng tương đối giữa các khoáng vật. Nhưng thang đo Mohs là gì, do ai phát minh, hoạt động ra sao và có ý nghĩa gì trong đời sống, đặc biệt là trong ngành chế tác và khoa học vật liệu? Hãy cùng Đồng hồ Cover tìm hiểu chi tiết dưới đây.

1. Khái niệm: Thang đo Mohs là gì?

Thang đo Mohs (tiếng Anh: Mohs Hardness Scale) là hệ thống thang đo độ cứng tương đối do nhà khoáng vật học người Đức Friedrich Mohs đề xuất vào năm 1812. Thang này xếp hạng các khoáng vật theo khả năng chống trầy xước, tức là vật liệu nào có thể làm xước vật liệu khác thì được xem là cứng hơn.

Thang Mohs gồm 10 cấp độ, đánh số từ 1 (mềm nhất) đến 10 (cứng nhất), trong đó Talc (tan) đứng đầu danh sách mềm, còn Kim cương (diamond) giữ vị trí cao nhất – vật liệu tự nhiên cứng nhất mà con người từng biết đến.

Điều quan trọng là thang Mohs chỉ phản ánh độ cứng tương đối, không phải độ bền hay khả năng chịu lực tổng thể. Một vật liệu có thể rất cứng nhưng lại giòn, dễ vỡ nếu chịu va đập mạnh, ví dụ như kính hay gốm sứ.

2. Lịch sử hình thành và ý tưởng của Friedrich Mohs

Friedrich Mohs (1773–1839) là một nhà khoáng vật học người Đức, từng làm việc tại Áo và Ý. Khi nghiên cứu các mẫu đá và khoáng chất, ông nhận ra rằng độ cứng là đặc tính dễ nhận biết và so sánh trực tiếp nhất.

Thay vì dùng thiết bị đo lường phức tạp, Mohs đã nghĩ ra cách đơn giản: dùng một khoáng vật để cào lên bề mặt khoáng vật khác. Nếu khoáng vật A làm xước được B, tức A cứng hơn. Từ đó, ông sắp xếp 10 khoáng vật điển hình theo độ cứng tăng dần – hình thành thang đo Mohs mà đến nay vẫn được sử dụng rộng rãi trong giáo dục, địa chất, vật liệu học và công nghiệp kim hoàn.

3. Cấu trúc và giá trị trong thang đo Mohs

Dưới đây là mười cấp độ chuẩn được Friedrich Mohs thiết lập, kèm ví dụ gần gũi trong đời sống:

Thang này không tuyến tính, nghĩa là khoảng cách giữa các cấp độ không đều nhau. Ví dụ, kim cương (10) cứng hơn corundum (9) gấp khoảng 4 lần, trong khi corundum (9) chỉ cứng hơn topaz (8) khoảng 2 lần.

4. Cách sử dụng thang đo Mohs trong thực tế

Trong phòng thí nghiệm, người ta sử dụng bộ khoáng chuẩn Mohs – gồm 10 mẫu nhỏ – để thử độ cứng tương đối của vật liệu cần kiểm tra. Cách làm khá đơn giản: chọn một mẫu khoáng trong bộ, cố gắng tạo vết xước nhẹ lên vật liệu. Nếu có vết xước, nghĩa là mẫu khoáng đó cứng hơn vật liệu cần đo. Nếu không, vật liệu đó bằng hoặc cứng hơn mẫu khoáng.

Chỉ cần vài phép thử như vậy, ta có thể xác định tương đối độ cứng nằm trong khoảng nào trên thang Mohs.

Phương pháp này vẫn được dùng trong giáo dục địa chất, đánh giá đá quý hoặc xác định nhanh độ cứng vật liệu công nghiệp, vì dễ thực hiện và không cần thiết bị phức tạp.

5. Ứng dụng của thang đo Mohs trong đời sống và công nghiệp

Trong ngành đá quý và trang sức

Thang Mohs giúp thợ kim hoàn và người chơi đá quý phân biệt độ bền và khả năng chống trầy xước của từng loại đá. Ví dụ, kim cương (10) và ruby, sapphire (9) cực kỳ bền, khó bị xước khi đeo hằng ngày; trong khi thạch anh (7) hay ngọc lục bảo (7,5–8) cần chăm sóc kỹ hơn vì dễ trầy khi va chạm mạnh.

Trong chế tác đồng hồ

Mặt kính đồng hồ thường được quảng cáo với thông tin như: kính cứng (Mineral Glass) có độ cứng khoảng 5–6 Mohs, còn kính sapphire đạt 9 Mohs, chỉ thua kim cương. Điều này lý giải vì sao đồng hồ dùng kính sapphire chống trầy gần như tuyệt đối, nhưng giá thành cao hơn.

Trong công nghiệp và kỹ thuật

Thang Mohs được dùng để chọn vật liệu cắt, mài và đánh bóng. Ví dụ, lưỡi cắt đá quý hoặc kính thường dùng bột corundum hoặc kim cương nhân tạo, vì chúng cứng hơn vật liệu cần cắt. Ngoài ra, các nhà sản xuất cũng dựa vào thang Mohs để đánh giá lớp phủ chống xước trên điện thoại, màn hình, sơn xe, hoặc gốm công nghiệp.

6. So sánh thang đo Mohs với các thang đo độ cứng khác

Thang Mohs rất dễ hiểu nhưng chỉ mang tính tương đối, không thể hiện chính xác giá trị định lượng. Vì vậy, trong công nghiệp hiện đại, người ta còn dùng những thang đo khác như:

• Thang Vickers hoặc Knoop: đo bằng áp lực cần thiết để tạo vết lõm nhỏ trên bề mặt vật liệu, cho giá trị chính xác hơn (đơn vị kgf/mm²).
• Thang Brinell, Rockwell: thường dùng trong luyện kim, đo khả năng chống biến dạng khi chịu lực ép.

Tuy nhiên, trong giáo dục, địa chất và đồ trang sức, thang Mohs vẫn là tiêu chuẩn phổ thông nhất, vì nó dễ áp dụng và mang tính hình tượng rõ ràng.

7. Hạn chế của thang đo Mohs

Thang Mohs tuy đơn giản nhưng có vài giới hạn:

• Không đo chính xác độ cứng tuyệt đối, chỉ mang tính so sánh.
• Không phản ánh độ bền va đập hoặc khả năng chịu lực. Một viên kim cương rất cứng nhưng có thể nứt vỡ nếu bị rơi mạnh.
• Kết quả có thể phụ thuộc vào độ nhẵn và hướng tinh thể của vật liệu khi thử.

Dù vậy, với ưu điểm dễ dùng, không cần dụng cụ phức tạp, nó vẫn là công cụ trực quan và giáo dục hiệu quả nhất trong việc hiểu khái niệm “độ cứng” của vật chất.

8. Ứng dụng thú vị trong đời sống thường ngày

Không chỉ trong khoa học, thang Mohs còn được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực quen thuộc. Khi bạn cầm điện thoại có màn hình “kính cường lực Gorilla Glass 7”, thông tin về độ cứng tương đương 6–7 Mohs giúp hiểu rõ khả năng chống xước. Trong xây dựng, đá granite có độ cứng khoảng 6–7, trong khi đá vôi chỉ khoảng 3–4, vì vậy dễ bị mài mòn hơn. Ngay cả dao thép trong nhà bếp cũng chỉ đạt khoảng 5,5 Mohs, nên có thể bị trầy khi cắt vật liệu cứng hơn.

9. Kết luận

Thang đo Mohs là một phát minh đơn giản nhưng bền vững, giúp con người hiểu và so sánh độ cứng của vật liệu trong tự nhiên và công nghiệp. Từ việc nhận biết đá quý, chọn kính đồng hồ đến đánh giá vật liệu xây dựng, thang Mohs vẫn đóng vai trò cầu nối giữa tri thức khoa học và ứng dụng đời sống.

Dù đã hơn 200 năm trôi qua, thang đo này vẫn giữ nguyên giá trị: một công cụ dễ hiểu, dễ dùng và trực quan, minh chứng cho cách mà sự quan sát tỉ mỉ có thể tạo nên tiêu chuẩn khoa học toàn cầu.