|
Những cột trụ của một
cung điện ngầm - Thứ bột đen
kỳ diệu - “Xà pḥng cho thủy tinh” - Han hay
Caim? - Selơ chạy tiếp sức - “Hỏa
ngục” làm công việc của ḿnh - Sự
thiếu hụt các thiên thể.
Nếu bạn đă đi tàu điện ngầm
Maxcơva th́ hẳn phải chú ư đến
một trong những ga đẹp nhất của nó
- ga Maiacôpxki. Các cột trụ của cung điện
ngầm này được trang điểm
những đường viền thanh tú bằng
hồng thạch (rođonit) - một khoáng vật
chứa mangan. Màu hồng dịu dàng (rođon theo
tiếng Hy Lạp có nghĩa là hoa hồng) và tính
dễ gia công đă làm cho loại đá này
trở thành vật liệu trang trí và ốp tường
tuyệt đẹp. Những sản phẩm
bằng hồng thạch đang được
cất giữ tại Bảo tàng Ermitagiơ, trong
đại giáo đường Petropaplôpxcơ và
nhiều nhà bảo tàng khác ở Liên Xô. Ở
Uran có rất nhiều vỉa hồng thạch
rất lớn, và người ta đă t́m
thấy một tảng nặng 47 tấn. Không có
một nơi nào khác trên trái đất có
những khối hồng thạch lớn như
ở Uran. Quả là hồng thạch của Uran có
vẻ đẹp mà không loại đá nào sánh
kịp.
Tuy thế, khoáng vật công nghiệp chủ
yếu chứa mangan lại không phải là
hồng thạch, mà là huyền thạch (piroluzit)
- đó là mangan oxit. Từ thời xa xưa, con người
đă biết đến thứ khoáng vật màu
đen này.
Ngay từ thế kỷ I, Plini Bố - nhà viết
sử kiêm nhà vạn vật học La Mă cổ
đại (đă tử nạn trong trận phun trào
của núi lửa Vezuvi năm 79 sau công nguyên)
đă nói đến khả năng kỳ diệu
của thứ bột đen (piroluzit nghiền
nhỏ) làm cho thủy tinh trở nên trong suốt.
Về sau, thời trung cổ, nhà bác học kiêm
kỹ sư người Italia là Vannocho Biringucho
(Vannuccio Biriguccio) (1480 - 1539) đă viết trong tác
phẩm bách khoa của ḿnh về ngành mỏ và
luyện kim nhan đề “Hỏa thuật
học”, xuất bản năm 1540: “... piroluzit có
màu nâu thẫm;... nếu thêm vào nó những
chất có dạng thủy tinh th́ nó nhuộm các
chất này thành màu tím rất đẹp.
Những người nấu thủy tinh lăo
luyện đă dùng nó để nhuộm thủy
tinh thành màu tím đẹp tuyệt trần:
những người thợ gốm lành nghề cũng
dùng nó để vẽ lên những đường
vân hoa tím trên bát đĩa. Ngoài ra, piroluzit c̣n có
một tính chất đặc biệt: khi nấu
chảy với thủy tinh lỏng, nó làm cho
thủy tinh trong sạch và biến từ màu
lục hoặc màu vàng thành màu trắng”.
Măi về sau, tên gọi “piroluzit” mới
được đặt cho khoáng vật này, c̣n
ở thời bấy giờ, v́ nó có khả năng
làm cho thủy tinh mất màu, nên người ta
gọi nó là “xà pḥng cho thủy tinh” hay
“mangan” ( theo tiếng Hy Lạp “manganese” nghĩa
là làm sạch). Nó c̣n có một tên khác nữa là
“magezi đen”, bởi v́, từ thời cổ xưa,
người ta khai thác piroluzit ở tiểu Á,
gần thành phố Mangnesia; xin nói thêm rằng
“magezi trắng” hoặc “magezi anba” tức là
magie oxit, cũng được khai thác ở đó.
Lịch sử hóa học đă coi nhà hóa học
Thụy Điển Iuhan Gotlip Han (Juhan Gotlib Gahn) là
người phát hiện ra mangan với tư cách
là một kim loại (năm 1774). Tuy nhiên, có cơ
sở để cho rằng, Ignati Gotfrit Caim (Ignatius
Gotfrid Kaim) - người đă từng mô tả
mangan trong bản luận văn của ḿnh
xuất bản ở Viên vào năm 1770, là người
đầu tiên nhận được những
hạt mangan kim loại. Caim đă không tiến hành
các cuộc khảo cứu đến cùng, v́
thế mà đa số các nhà hóa học thời
đó không biết đến các công tŕnh này
của ông. Mặc dầu vậy, trong một
cuốn từ điển hóa học, phát minh
của Caim đă được nhắc đến:
“Khi đốt nóng những hỗn hợp
gồm một phần piroluzit dạng bột và
hai phần một chất trợ dung màu đen,
Caim đă thu nhận được một
thứ kim loại gịn có màu trắng xanh ở
dạng tinh thể với vô số các mặt
lấp lánh có h́nh dạng khác nhau, mà mặt găy
của nó th́ óng ánh đủ mọi màu từ
xanh đến vàng”.
Nhà bác học Thụy Điển Torbern Bergman
đă làm những thí nghiệm tiếp theo để
t́m hiểu về mangan. Ông viết: “ Khoáng
vật mà người ta gọi là magezi đen là
một thứ đất mới, không nên nhầm
lẫn với vôi nung, cũng không nên lẫn
lộn với magezi anba”. Nhưng ông cũng không
tách được mangan ra khỏi piroluzit.
Carl Vinhem Selơ (Karl Wilhelm Scheele) - một nhà hóa
học Thụy Điển nổi tiếng,
bạn của Bergman, đă tiếp tục nghiên
cứu khoáng vật này. Đầu năm 1774, ông
đă tŕnh bày trước Viện hàn lâm khoa
học Thụy Điển một bản báo cáo
về piroluzit và các tính chất của nó, trong
đó ông đă thông báo về việc ông phát
hiện ra khí clo. Selơ đă khẳng định
rằng, trong thành phần của piroluzit c̣n có
một nguyên tố nữa, khác hẳn với các
nguyên tố người ta đă biết thời
bấy giờ. Nhưng ông cũng không thu
được nguyên tố này.
Việc mà Bergman và Selơ không thể làm
được th́ Han đă hoàn thành. Tháng 5 năm
1774, Selơ đă gửi cho Han một ít piroluzit
đă tinh lọc cùng với mấy ḍng chữ như
sau: “ Tôi nóng ḷng mong đợi tin tức về
việc piroluzit thuần khiết này sẽ dẫn
đến kết quả ǵ sau khi anh cho nó vào
“hỏa ngục” của ḿnh, và tôi hy vọng
rằng, anh sẽ gửi cho tôi một hạt kim
loại nhỏ càng nhanh càng tốt”.
Han vốn nổi tiếng giữa các nhà hóa
học với tư cách một nhà thực
nghiệm điêu luyện, nhất là khi công
việc liên quan đến các thí nghiệm về
luyện kim. Trong chiếc nồi nung mà thành bên
trong của nó được phủ một
lớp bụi ướt, ông bỏ vào một
hỗn hợp gồm piroluzit tán nhỏ và
dầu, c̣n bên trên th́ phủ bột than gỗ. Bây
giờ đến lượt “hỏa ngục”
ra tay. Sau khi nung rất nóng hỗn hợp này
một giờ th́ phát hiện được
một hạt trong nồi nung. Chính hạt này
đă làm cho Han nổi danh trên thế giới, c̣n
gia đ́nh các kim loại th́ có thêm một thành
viên mới - đó là mangan.
Tuy nhiên, nguyên tố này không được
xếp vào hàng các kim loại ngay. Sở dĩ như
vậy là v́ hồi cuối thế kỷ XVIII
vẫn c̣n văng vẳng dư âm những quan
niệm cổ xưa của các nhà giả kim
thuật, mà thực chất của chúng chung quy
lại là một định đề rơ ràng và
ngắn gọn: “Có bảy kim loại tạo nên
thế giới, ứng với bảy hành tinh”.
Hồi đó, số kim loại mà con người
biết đến cũng bằng đúng bảy
thiên thể “đang hoạt động”
(mặt trời, mặt trăng, và năm hành tinh
không kể trái đất). Hẳn là mọi
việc sẽ rất tốt đẹp nếu như
không có thêm kim loại nào nữa; c̣n nếu
xuất hiện những hành tinh mới th́
mọi việc sẽ tồi tệ hơn hẳn
(măi đến năm 1781 mới phát hiện ra hành
tinh tiếp theo của hệ mặt trời).
Để cho lư thuyết hoàn chỉnh ấy không
bị méo mó do sự thiếu hụt các thiên
thể, một loạt nguyên tố mới
được khám phá có “rắp tâm” giành vai
tṛ kim loại đă bị liệt vào hàng
“nửa kim loại”.
Thuật ngữ này đă được lưu
lại trong khoa học cả sau này nữa, khi mà
người ta đă biết rơ rằng, thiên văn
học và hóa học không bị ràng buộc
với nhau bởi những mối dây bền
chặt đến mức như các nhà giả kim
thuật đă nghĩ. Trong một thời gian dài,
nhiều nhà bác học đă dùng thuật ngữ
“nửa kim loại” để gọi những
chất có mật độ, màu sắc và vẻ
bề ngoài tỏ ra giống kim loại, nhưng
không có tính dẻo cao là thuộc tính vốn có
ở vàng, bạc, đồng, sắt, ch́,
thiếc - những nguyên tố mà “thành danh” kim
loại của chúng là điều không c̣n
phải nghi ngờ ǵ nữa. Chẳng hạn, người
ta đă liệt thủy ngân, antimon, bitmut, kẽm,
coban vào hàng “nửa kim loại”. Một trong
những nguyên tố cuối cùng không được
liệt vào hàng kim loại là mangan. Thế là
cuối tháng 6 năm 1774, tức là chẳng bao lâu
sau khi khám phá ra nguyên tố này, Selơ đă
gửi cho Han một bức thư, trong đó ông
cảm ơn Han đă gửi cho hạt mangan và
chia sẻ ư nghĩ của ḿnh: “...tôi cho
rằng cái viên mà anh thu được từ
piroluzit là một thứ nửa kim loại khác
hẳn với các nửa kim loại đă
biết từ trước và có mối quan hệ
gần gũi với sắt”. Nhưng dần
dần, các nhà hóa học đă từ bỏ cái
thuật ngữ khá mơ hồ ấy, và mangan
xứng đáng được chiếm giữ
một vị trí trong dăy các kim loại.
Hăy thử phá cái tủ sắt - Có triệu
tập nổi một cuộc họp khóm phố
không? - Hợp kim "hai mặt".
Ở nước Nga trong mấy chục năm
đầu thế kỷ XIX, người ta đă
bắt đầu thu được mangan dưới
dạng hợp kim với sắt, tức là
feromangan. Năm 1825, “Tạp chí mỏ” đă nói
đến việc sử dụng mangan để
luyện thép. Kể từ lúc đó, số
phận của nguyên tố này gắn bó chặt
chẽ với ngành luyện kim là ngành mà hiện
nay tiêu thụ chủ yếu quặng mangan.
Trong tác phẩm nổi tiếng “Bàn về thép
bulat” (thép bulat là loại thép cacbon có cấu trúc
đặc biệt, có vân hoa trên bề mặt, có
độ cứng và độ đàn hồi cao,
dùng để làm bảo kiếm rất sắc.
Ở Tây Âu, người ta gọi là thép Đamat
(Damascus steel, hoặc acier đe Damas) v́ nó
được dùng ở Xyri rất sớm (N.D.))
xuất bản năm 1841, nhà luyện kim lỗi
lạc người Nga là P.P. Anoxôp đă mô
tả các loại thép có hàm lượng mangan khác
nhau. Để đưa mangan vào thép, Anoxôp đă
dùng feromangan mà ông thu được trong nồi
nung. Từ năm 1876, các ḷ cao tại vùng hạ
lưu sông Taghin đă bắt đầu nấu
luyện feromangan theo phương thức công
nghiệp.
Năm1882 đă trở thành một cái mốc
trong lịch sử của mangan, khi mà nhà luyện
kim người Anh tên là Rôbe Hatfin (Robert Hadfield)
nấu luyện thép với hàm lượng mangan
cao (gần 13%). Từ năm 1878 Hatfin đă
bắt tay vào nghiên cứu các hợp kim của
sắt với các nguyên tố khác, đặc
biệt là với mangan. Sau đó bốn năm, nhà
luyện kim trẻ tuổi của xứ Sepfin này
đă ghi trong nhật kư của ḿnh như sau: “
Tôi đă bắt đầu những thí nghiệm
này v́ quan tâm đến việc sản xuất
một loại thép vừa cứng, đồng
thời lại vừa dai. Các thí nghiệm đă
dẫn đến một kết quả đáng chú
ư, rất quan trọng và đủ sức làm thay
đổi các quan điểm hiện hành của
các nhà luyện kim đối với các hợp
kim của sắt”.
Năm 1883, Hatfin đă được cấp
bằng phát minh đầu tiên của nước
Anh về thép mangan sản xuất bằng cách pha
feromangan giàu mangan vào sắt. Trong những năm
tiếp theo, Hatfin tiếp tục nghiên cứu
những vấn đề liên quan với thép
mangan. Năm 1883, các tác phẩm của ông “Bàn
về mangan và việc sử dụng nó trong ngành
luyện kim”, “Bàn về một số tính
chất mới phát hiện được của
sắt và mangan” và “bàn về thép mangan” đă
ra đời. Các công tŕnh nghiên cứu này đă
cho biết rằng, nếu được tôi trong
nước th́ loại thép mangan này có thêm
những tính chất mới, rất bổ ích.
Hatfin c̣n nhận được hàng loạt
bằng phát minh nữa liên quan với việc
nhiệt luyện thép mangan, và đến năm
1901 th́ ông được trao bằng phát minh
về kết cấu của ḷ dùng để nung
thép mangan trước khi tôi,
Thép của Hatfin đă nhanh chóng được các
nhà luyện kim và các nhà chế tạo máy
thừa nhận. Nhờ có tính chịu ṃn cao nên
người ta đă bắt đầu sử
dụng nó để chế tạo các chi tiết
bị mài ṃn dưới áp lực riêng khá
lớn trong quá tŕnh vận hành, như ghi ghép ray,
hàm máy nghiền, bi trong các máy nghiền bi,
mắt xích v. v... Điều đáng ngạc nhiên
hơn cả là dưới tác động của
tải trọng, thép này càng ngày càng cứng thêm.
Nguyên nhân của hiện tượng kỳ
lạ này như sau. Sau khi đúc, lượng
cacbua dư thừa trong thép mangan (lượng
cacbua này làm giảm độ bền của thép)
sẽ phân tán ở ranh giới các hạt. V́
vậy, thép phải được tôi để
cho các phần tử cacbua ở ranh giới các
hạt ḥa tan trong kim loại. Khi các chi tiết máy
làm việc, do sự biến cứng nguội (dưới
tác động của tải trọng), cacbon tách
ra ở lớp bề mặt - đó chính là lư do
khiến độ cứng của thép tăng lên.
Không lấy ǵ làm lạ khi các hăng chuyên sản
xuất tủ sắt và khóa rất ưa
chuộng thép của Hatfin.
Gang mangan cũng có tính chất tự tăng độ
bền. Chẳng hạn, những máy xúc được
lắp các ổ trục làm bằng thứ gang
đó có thể làm việc liên tục không
phải sửa chữa trong thời gian dài gấp
đôi so với những máy xúc cũng như
vậy nhưng được lắp các ổ
trục bằng đồng đỏ.
Trong ngành luyện kim, mangan được sử
dụng rộng răi để khử oxi và khử
lưu huỳnh cho thép. Với vai tṛ nguyên tố
điều chất, nó có mặt trong thép làm ḷ
xo, thép làm ống dẫn dầu mỏ và khí
đốt, thép không nhiễm từ. Cũng
chẳng cần phải liệt kê hết các
loại thép chứa mangan, bởi v́ nguyên tố
do Han phát hiện ra, dù nhiều hoặc ít,
hầu như có mặt trong tất cả các
loại thép và gang. Không phải ngẫu nhiên mà
người ta gọi chính nó là bạn đường
muôn thủa của sắt. Mà đúng là trong
hệ thống tuần hoàn các nguyên tố, chúng
chiếm các ô kề nhau số 25 và số 26
(thậm chí, mangan cùng với sắt c̣n xông
cả vào ... răng cá mập, nhưng chuyện
đó sẽ nói ở đoạn sau)
Năm 1917, sau khi các nhà bác học Nga X. F. Giemchugiơnưi
và V. K. Petrasevich phát hiện ra rằng, chỉ
một lượng nhỏ đồng (gần
3,5%) cũng đủ làm cho mangan có tính dẻo, các
nhà luyện kim bắt đầu quan tâm đến
các hợp kim mangan.
Trong kỹ thuật hiện đại, người
ta đă sử dụng nhiều loại manganin -
đó là hợp kim mangan, đồng và niken có
điện trở cao mà trên thực tế coi như
không phụ thuộc vào nhiệt độ. Nguyên
lư làm việc của các áp kế điện
dựa trên khả năng thay đổi điện
trở của manganin tùy theo áp suất mà hợp
kim phải chịu đựng. Trong trường
hợp phải đo áp suất, chẳng hạn,
đến vài chục ngàn atmôtfe, th́ không thể
sử dụng các áp kế thông thường
được, bởi v́ dưới áp suất
lớn như vậy, chất lỏng hoặc
chất khí sẽ nổ tung qua thành ống áp
kế, dù ống bền đến mấy chăng
nữa. C̣n áp kế điện th́ giải
quyết nhiệm vụ này rất có kết
quả: đo điện trở của manganin
đang chịu áp suất cần xác định,
có thể căn cứ vào mối tương quan
đă biết để xác định áp
suất với bất kỳ độ chính xác nào.
Các hợp kim manganin c̣n có một tính chất
rất quư nữa là tính chống rung, tức là
khả năng hấp thụ năng lượng
dao động. Nếu một người gàn
dở nào đó định đúc một cái chuông
bằng manganin th́ với cái chuông đó, chắc
hẳn anh ta không thể triệu tập nổi
một cuộc họp khóm phố: đáng lẽ
phải là tiếng chuông cấp báo ngân vang th́
chuông manganin chỉ phát ra những tiếng rè rè
cụt ngủn.
Nhưng nếu sự im lặng là một nhược
điểm rất rơ đối với cái chuông,
th́ đối với bánh xe tàu hỏa hoặc tàu
điện, đối với những chỗ
tiếp nối các đoạn ray và nhiều chi
tiết khác phát ra tiếng kêu, đức tính
biết “giữ mồm giữ miệng”, không
phát ra tiếng kêu chẳng cần thiết cho ai,
lại là một ưu điểm nổi bật.
Trong các xưởng gia công kim loại bằng phương
pháp rèn và dập, nhờ các hợp kim “câm” mà
có thể giảm hẳn những tiếng ồn
ào có hại trong sản xuất. Các hợp kim
chứa 70 % mangan và 30% đồng là có khả năng
ḱm giữ tiếng ồn tốt nhất.
Một điều thú vị là đồng đỏ
mangan, tức là hợp kim của đồng và
mangan, có thể nhiễm từ mặc dầu các
thành phần đều tách riêng ra th́ đều
không thể hiện các tính chất từ.
Tên gọi "đơn giản" - Để
thay thế platin và paladi - Quen nhau từ thủa c̣n
thơ - Tại sao kiến lửa có màu hung? -
Ngọc trai màu hồng - Trong răng cá mập -
Theo ước tính khiêm tốn - Không có vi
khuẩn th́ không xong - Những tràng hoa trên đá
ngầm.
Trong những năm gần đây, các hợp kim có
“trí nhớ” đă nổi tiếng rộng răi
(về hợp kim nitinon nổi tiếng nhất
trong số này sẽ được kể trong
mục “Con quỷ đồng” viết về
niken). Số hợp kim như vậy mỗi năm
một tăng. Chẳng hạn, các nhà hóa học
đă nghiên cứu được một hợp
kim trên nền mangan (có pha thêm đồng), mà
về khả năng nhớ lại h́nh dạng trước
kia của ḿnh th́ nó chẳng thua kém nitinon nổi
tiếng. Hợp kim này chế tạo đơn
giản, dễ gia công và nhất định
sẽ t́m được nhiều lĩnh vực
sử dụng rất thú vị.
Mangan có có mặt trong một hợp kim đặc
biệt khác do các nhà khoa học Ba Lan chế
tạo ra: tùy theo điện áp của ḍng điện,
nó có thể biểu hiện hoặc là tính
chất từ, hoặc là tính chất bán dẫn.
Hợp kim “hai mặt” như vây sẽ t́m
được nhiều công việc đa dạng
trong nhiều thiết bị và khí cụ điện
tử.
Các hợp kim mangan đă có dịp đi vào vũ
trụ: trong tiến tŕnh cuộc thực
nghiệm công nghệ học “Phản lực”
được thực hiện năm 1976 trên
trạm quỹ đạo “Chào mừng - 5”, que
hàn bằng mangan - niken đă được các nhà
du hành vũ trụ Borit Volưnôp và Vitali Giolobôp
dùng để hàn nối các mẫu ống làm
bằng thép không gỉ. Sau đó, các cuộc
thử nghiệm trên trái đất đă
chứng tỏ rằng, chất lượng
của mối hàn thật tuyệt vời: chỗ
tiếp nối đủ sức chịu đựng
khoảng 500 atmotphe. Cuộc thí nghiệm này có ư
nghĩa thực tiễn rất quan trọng,
bởi v́ phương pháp hàn các chi tiết
dạng ống được coi là một trong
những phương pháp có triển vọng để
trong tương lai không xa tiến hành công tác
lắp ráp trong khoảng không vũ trụ.
Các nhà chế tạo ô tô luôn muốn làm cho
động cơ có công suất lớn nhưng
lại tiêu hao ít nhiên liệu nhất. Để
giải quyết hai nhiệm vụ này ngay cùng
một lúc, cần phải nâng cao tỷ số nén
trong xi lanh, nhưng làm như vậy th́ hay xảy
ra sự kích nổ làm cho động cơ chóng
hỏng. Thế là phải kêu gọi sự giúp
đỡ của các chất chống kích nổ -
đó là những chất đặc biệt để
pha thêm vào nguyên liệu: ở đây, đảm
nhiệm xuất sắc vai tṛ này là các hợp
chất của ch́. Tuy vậy, tính độc
của các hợp chất ch́ đă trở thành
điều mà ai cũng biết. Dù muốn hay không
muốn rồi cũng phải t́m chất khác thay
thế chúng. Sau nhiều năm t́m ṭi nghiên
cứu, các nhà bác học đă t́m được
những chất chống kích nổ mới - đó
là các hợp chất hữu cơ cơ bản
của mangan. Th́ ra các chất vô hại có cái tên
“đơn giản” này (chẳng hạn,
tributilstannocyclopentadieniltricarbonil - mangan) không thua kém
các bậc tiền bối họ nhà ch́ về
khả năng chống kích nổ.
Suốt một thời gian dài, để điều
chế nitơ siêu tinh khiết, người ta
phải dùng các kim loại đắt tiền như
platin và palađi làm chất xúc tác. Tại
Viện Hóa học vô cơ và Điện hóa
học thuộc Viện hàm lâm khoa học Gruzia,
các nhà nghiên cứu đă đề xuất
một phương pháp, trong đó, mangan đóng
vai tṛ chất xúc tác rất công hiệu. Nhà máy
sợi tổng hợp ở Rustavi (Gruzia) đă
chế tạo được thiết bị điều
chế nitơ hoàn toàn vô trùng từ không khí;
thứ nitơ này rất cần thiết để
sản xuất sợi capron.
Ngay từ thời thơ ấu, chúng ta đă làm
quen với một hợp chất của mangan -
đó là kali pecmanganat, hay gọi một cách
đơn giản là “thuốc tím”: với tư
cách là thuốc diệt trùng, nó được
dùng để rửa vết thương, súc
miệng, bôi vết bỏng. Trong các pḥng thí
nghiệm hóa học, hợp chất này được
sử dụng rộng răi trong phép phân tích định
lượng - đó là phép định lượng
bằng pecmanganat. Giống như nhiều nguyên
tố khác, mangan hết sức cần thiết cho
sự phát triển b́nh thường của cơ
thể động vật và thực vật. Thông
thường, hàm lượng mangan trong cơ
thể động vật và thực vật không
vượt quá vài chục phần triệu nhưng
một số đại biểu của thực
vật và động vật lại tỏ ra
rất chuộng nguyên tố này. Chẳng hạn,
trong cơ thể kiến lửa có đến 0,05
% mangan; các loại nấm gỉ (gây bệnh
gỉ cây), rong lươn, củ ấu c̣n giàu
mangan hơn nữa. Trong một số loài vi
khuẩn, hàm lượng mangan lên đến vài
phần trăm. Trong máu người có 0,002 - 0,003
% mangan. Nhu cầu về mangan của cơ thể
chúng ta trong một ngày đêm chừng 3 - 8 miligam.
Khi loại trừ mangan ra khỏi khẩu phần
thức ăn của những con chuột thí
nghiệm th́ chúng mất khả năng sinh
sản, nhưng chỉ cần bổ sung mangan
clorua vào thức ăn th́ chúng lại có khả năng
sinh con đẻ cái.
Trên bờ các ḥn đảo Nhật Bản có
khá nhiều trại nuôi trai lấy ngọc nhân
tạo. Như các nhà bác học đă khẳng
định, màu của ngọc trai phụ
thuộc vào thành phần hóa học của nước
nơi trai sinh sống. Ngọc trai màu phớt
hồng thường được ưa
chuộng nhất. Để cho sản phẩm
của các loài thân mền làm ra có màu sắc
đúng như vậy, chỉ cần tăng thêm
hàm lượng mangan trong nước. Nếu pha
thêm các nguyên tố khác th́ sẽ sản sinh
được ngạc trai có đủ mọi
màu sắc: xanh da trời, xanh lá cây, vàng da cam,
màu tím hoa cà.
V́ đang nói đến thực vật và động
vật nên phải nhớ đến các loài cá,
mà cụ thể là con cá mập đă nhắc
đến ở trên. Các nhà bác học đă
nghiên cứu những chiếc răng của con
cá biển hung dữ này vốn đă nằm dưới
đáy đại dương vài ngàn năm.
Chiếc răng vẫn nguyên vẹn nhưng
bị bao bọc bởi các hợp chất của
sắt và mangan. Các hợp chất ấy
được lấy từ đâu?
Ngay từ thế kỷ trước, chính xác hơn
là vào năm 1876, ṛng ră suốt ba năm trời,
chiếc thuyền buồm ba cột của nước
Anh tên là “Challenger” đă rà khắp đáy
biển và đại dương với những
mục đích khoa học. Trong số những
“chiến lợi phẩm” thu được, nó
đă chở về nước Anh những
vật thể h́nh quả thông đầy bí
ẩn, có màu thẫm lấy được
từ những nơi khác nhau trên đáy biển.
Bởi v́ mangan là thành phần chính của
những “quả thông” này nên người ta
gọi chúng là những “chồi mangan”, hay
diễn đạt một cách khoa học là
những kết hạch sắt - mangan. Các cuộc
thám hiểm tiếp theo đă cho biết rằng,
những khối tích tụ vẫn yên vị
ở nhiều nơi dưới đáy đại
dương. Tuy nhiên, cho đến giữa thế
kỷ XX vẫn chưa ai tỏ ra đặc
biệt quan tâm đến chúng. Và chỉ trong
những năm gần đây, do sự thiếu
hụt tương đối quặng mangan nên
những của cải ngầm dưới nước
đă thu hút được sự chú ư của
các nhà bác học. Các vùng có nhiều kết
hạch đă được khảo sát kỹ lưỡng
- kết quả thật quá sức tưởng tượng.
Theo dự tính ban đầu (có thể mạnh
dạn nói thêm rằng, đó là những dự
tính quá khiêm tốn), chỉ riêng ở Thái B́nh Dương
cũng đă tích tụ được hàng trăm
tỷ tấn ( !) quặng sắt - mangan tuyệt
vời. Mà đúng là quặng: hàm lượng
mangan trong đó đạt đến 50 %, c̣n
sắt - 27 %. (Tinh quặng của một số
kết hạch chứa 98 % mangan đioxit và có
thể sử dụng ngay mà không cần chế
biến ǵ nữa, chẳng hạn, vào việc
sản xuất pin).
Đại Tây Dương cũng chứa nhiều
tài nguyên không kém. Cách đây chưa lâu lắm,
đoàn thám hiểm gồm các nhà khoa học Xô -
viết trên chiếc tàu “Hiệp sĩ” đă
phát hiện được những kết
hạch sắt - mangan ở đáy Ân Độ Dương.
Kết quả tính toán cho thấy rằng, cả
đại dương này cũng không nghèo hơn
các “bạn hữu” của ḿnh.
Theo giả định của các nhà hải dương
học, các kết hạch xuất hiện do
sự tập trung các chất khoáng có trong các dung
dịch nước xung quanh một vật thể
nào đó. Một số nhà bác học cho
rằng, ở đây nếu không có sự tham gia
của các vi khuẩn dưới biển - “các
nhà tuyển khoáng tế vi”, th́ mọi việc cũng
không xong. Các nhà sinh học ở Lêningrat đă
phát hiện ra loài vi khuẩn “sản sinh ra kim
loại” mà trước đây chưa ai
biết, có khả năng “khai thác” và tích
tụ mangan từ nước biển. Trong
những điều kiện của pḥng thí
nghiệm, “các nhà luyện kim dưới nước”
đă bộc lộ năng lực làm việc
tuyệt vời: sau 2 - 3 tuần làm việc, chúng
đă tạo nên những kết hạch mangan có
độ lớn bằng đầu que diêm.
Nếu chú ư rằng, bản thân những “người
lao động” này cũng rất khó nh́n
thấy dưới kính hiển vi, th́ chúng ta
không thể thừa nhận năng suất như
vậy là rất cao.
Các nhà khoa học của một trường
đại học tổng hợp trên đảo
Hawaii (Mỹ) chuyên nghiên cứu việc nuôi cá
bột ở các vùng nước ven biển đă
thu được những kết quả rất
bất ngờ. Để bảo đảm
chỗ ở cho cá bột, họ đă tạo
nên những dải đá ngầm nhân tạo
ở vùng gần bờ bằng cách ném một
số ô tô cũ xuống biển. Các chuyên gia
nghề cá đă vô cùng kinh ngạc khi họ
tiến hành kiểm tra trại cá của ḿnh sau
nửa năm: th́ ra tất cả các ô tô đều
được bao bọc bởi những “tràng
hoa” gồm những vụn quặng mangan có
chọn lọc. Các nhà bác học đă không nuôi
cấy mangan từ nước biển đó sao?
Trong những ṿng cáp điện thoại ngầm
- Vứt bỏ do sự ngộ nhận - Kỷ
niệm chương khác thường - Để
làm việc ở "rốn biển" - "Bưu
kiện" từ vũ trụ - Nước Nga
có cần không? - Đường vào ḷ Mactanh.
Nhưng hăy trở lại với những kết
hạch của chúng ta. H́nh dáng của chúng
khiến ta nghĩ đến những củ khoai
tây. Mầu sắc của chúng thay đổi
từ nâu đến đen tùy thuộc vào hàm lượng
sắt hoặc mangan có trong đó. Nếu hàm lượng
của mangan lớn th́ chúng có màu đen
tuyền.
Thông thường, các kết hạch có kích thước
từ dưới 1 milimet đến 10 - 15 xentimet.
Nhưng đôi khi cũng gặp các kết
hạch có kích thước rất lớn. Nhà
bảo tàng của viện hải dương
học Xcrip (ở Mỹ) c̣n giữ một
kết hạch có khối lượng 57 kilogam t́m
được ở vùng đảo ở Hawaii.
Lớn hơn nữa là một kết hạch
t́nh cờ vướng phải các ṿng cáp điện
thoại ngầm dưới biển khi người
ta kéo lên để sửa chữa: nó cân nặng
146 kilogam. Tiếc thay, mẫu kết hạch có
một không hai đó đă không trở thành
vật trưng bày trong nhà bảo tàng, v́ sau khi
xem xét và phác họa lại, do sự ngộ
nhận nên người ta đă ném nó xuống
biển. Tuy vậy, kết hạch sắt - mangan
dài đến một mét rưỡi do tàu
“Hiệp sĩ” vớt được ở
Thái B́nh Dương đă phá vỡ tất
cả mọi kỷ lục: tảng này nặng
gần một tấn.
Những thí nghiệm nhằm đề ra quy tŕnh
công nghệ tách lấy sắt và mangan ra khỏi
kết hạch đă mang lại những kết
quả ban đầu. Một kỷ niệm chương
độc đáo đă được trao cho
hàng loạt các nhà bác học từng có cống
hiến to lớn vào việc chinh phục đại
dương: vật liệu làm kỷ niêm chương
đó là kim loại tinh luyện được
từ các kết hạch mà người ta lấy
lên từ đáy đại dương ở
độ sâu gần năm kilomet.
Nhiều nước đă thực sự quan tâm
đến vấn đề khai thác các kho tàng
đại dương. Hiện nay người ta
đang chế tạo những tàu ngầm chuyên
dụng, máy kéo lội nước, máy xúc đặt
trên phao và các thiết bị khác để khai
thác các kho báu từ đáy đại dương.
Công nghiệp khai khoáng đại dương
sẽ có những thế mạnh không thể
chối căi được đối với công
nghiệp mỏ trên cạn, v́ nó không đ̣i
hỏi phải xây dựng đường xá và
hệ thống đường ống như
ở trên cạn. Tàu bè có thể đưa người
và thiết bị tới bất cứ nơi nào
trên đại dương và có thể vận
chuyển khoáng sản khai thác được theo
bất kỳ hành tŕnh cần thiết nào.
Chẳng hạn, các công tŕnh sư Hà Lan đă
đề xuất dự án thiết kế máy xúc
tự động có bánh xích, hoạt động
dưới nước, dùng để khai thác
quặng mangan và các quặng khác ở đáy
biển; “người thợ mỏ tự động”
này có thể làm việc ở độ sâu 5
kilomet. Tất cả các cơ cấu của nó
đều chạy bằng điện. Người
ta dự định dùng máy quay truyền h́nh
để vận hành loại máy này, nó cho phép người
điều khiển cứ ngồi trên tàu chở
quặng đại dương mà chỉ huy
việc khai thác dưới “rốn biển”.
Guồng xoắn của máy xúc sẽ bới
quặng và đưa quặng vào gầu máy xúc.
Liên Xô cũng đang triển khai công tác nghiên
cứu khoa học và thiết kế chế
tạo đồng bộ nhằm khai thác tài
nguyên dưới biển. Năm 1983, chiếc tàu
kiểu mới mang tên “ Nhà địa chất
biển” đă rời giá lắp ráp của nhà
máy đóng tàu biển Đen ở thành phố
Nicolaepxcơ. Tàu này là một pḥng thí nghiệm lưu
động trên mặt nước rất lớn,
nó sẽ tiến hành việc t́m kiếm kết
hạch sắt - mangan. Trên thực tế, tàu “
Nhà địa chất biển” sẽ có thể
lấy mẫu đất đá dưới đáy
biển ở bất cứ độ sâu nào.
Hàng năm, có hàng trăm đoàn thám hiểm
đi ra các biển và đại dương bao
trùm hơn 70 % bề mặt của trái đất.
Không c̣n quá xa nữa, sẽ đến lúc
bắt đầu công cuộc khai thác các
nguồn dự trữ của đại dương
theo quy mô công nghiệp, c̣n bây giờ th́ các nhà
địa chất và những người thợ
mỏ vẫn bận rộn với việc khai
thác ḷng đất.
Về hàm lượng trong vỏ trái đất
th́ mangan không thua kém nhiều nguyên tố hóa
học. Các nhà địa chất đă xác định
rằng, hầu hết các mỏ mangan đều
có tuổi xấp xỉ như nhau. Theo ư kiến
của nhiều nhà bác học th́ điều
đó nói lên nguồn gốc vũ trụ trong
các khối tích tụ mangan. Có một giả
thuyết cho rằng, khoảng hai tỷ năm trước
đây, một đám bụi thiên thạch giàu
mangan đă rơi xuống bề mặt của
trái đất; chính nó đă tạo thành các
mỏ của nguyên tố này trên lục địa
cũng như dưới đáy các biển và
đại dương.
Quặng mangan có ở nhiều nước,
những về trữ lượng mangan th́ không
có nước nào cạnh tranh nổi với Liên
Xô. Mỏ mangan ở Chiatura (thuộc nước
Cộng ḥa Xă hội chủ nghĩa Xô - viết
Gruzia) của Liên Xô là một trong những mỏ
lớn nhất trên thế giới. Một
thực tế đặc trưng là hàng năm, nước
của con sông nhỏ Cvirila (một nhánh của
sông Rioni) chảy ở vùng này mang ra biển Đen
hơn một trăm ngàn tấn mangan.
Từ những năm 70 của thế kỷ XIX
đă bắt đầu khai thác quặng ở
Chiatura theo kiểu công nghiệp. Sau đó ít lâu,
ở nước Nga, một mỏ lớn nữa
ở vùng Nicopôn đă bắt đầu cung
cấp mangan. Dù điều đó lạ lùng đi
nữa nhưng nước nga thời Nga hoàng
vẫn “không cần” kim loại này: chẳng
hạn, hầu như toàn bộ quặng mangan khai
thác được trong năm 1913 đều bán
ra nước ngoài. Trong những năm vệ
quốc vĩ đại, các mỏ mangan ở
Uran, ở Kazăcxtan, Xibia đă được
đưa vào khai thác. Hiện nay, Liên Xô đứng
hàng đầu thế giới về sản lượng
loại quặng quư báu này.
Các nhà máy hợp kim sắt là nơi tiêu thụ
chủ yếu quặng mangan. Ở đây, nhờ
các quá tŕnh công nghệ khác nhau mà người ta
sản xuất được các loại hợp
kim của mangan (với sắt, với silic)
hoặc mangan kim loại ở dạng thuần
khiết. Con đường mangan đi vào xưởng
luyện thép c̣n tiếp tục.
|
|