Ti - Con của đất

Kể chuyện về Kim Loại

 

Tên lửa “ đứng yên” trên bầu trời - Anh đă thay tên đổi họ ư? - Để tôn vinh những đứa con của thần đất - Bài toán hiểm hóc - Sai lầm này tiếp theo sai lầm khác - Tiếng vang lớn - “Con sâu làm râu nồi canh” - Tṛ mỉa mai ở đây không đúng chỗ.



Ngày 18 tháng 8 năm 1964, một tên lửa vũ trụ đă bay lên trên đại lộ Ḥa B́nh ở Matxcơva. Con tàu không gian đó mặc dầu không đi tới mặt trăng hay sao Kim, song sứ mạng của nó th́ không kém phần vinh dự: măi măi đứng yên trên bầu trời Matxcơva để hàng trăm năm sau, đài kỷ niệm lấp lánh như bạc đó phải gợi cho mọi người nhớ về con đường đầu tiên mà một công dân Xô - viết đă mở vào không gian vũ trụ.

Một thời gian khá dài, các tác giả của bản đồ án không chọn được vật liệu ốp mặt ngoài cho đài kỷ niệm hùng vĩ này. Ban đầu người ta định thiết kế đài kỷ niệm bằng thủy tinh sau đó bằng chất dẻo, và sau nữa bằng thép không gỉ. Nhưng tất cả các phương án đó đă bị chính các tác giả hủy bỏ. Sau nhiều lần suy đi tính lại và sau những cuộc thử nghiệm kéo dài đă đi đến quyết định dùng những tấm titan được đánh bóng sáng ngời để làm vỏ bọc.

Tại sao lại chính titan được giao phó sứ mạng quang vinh là kể lại cho các thế hệ mai sau về kỳ công của những người ở thời đại chúng ta?

Không phải ngẫu nhiên mà titan được gọi là vật liệu vĩnh cửu. Nhưng trước khi nói đến những tính chất của nó, chúng ta hăy t́m hiểu tiểu sử của kim loại này.

Nếu như titan phải điền câu trả lời vào phiếu điều tra, th́ ở mục “Anh có đổi họ lần nào không?”, nó buộc phải ghi rơ là trước năm 1795, nó được gọi là “menakin”. Một linh mục người Anh tên là Uyliam Grêgo (William Gregor) đă phát hiện ra nó vào năm 1791 và đặt cho nó cái tên ấy. Trong những lúc rảnh rỗi, vị linh mục này thường say mê nghiên cứu khoáng vật học và hóa học. Gần giáo phận của ḿnh, tại thị trấn Menacan trên bán đảo Cornuon, ông đă t́nh cờ nhặt được một khoáng vật lạ, trông giống như những hạt cát to tối mầu. Rồi từ khoáng vật này, ông đă t́m ra một nguyên tố mà trước đó chưa ai biết. Grêgo đặt tên cho khoáng vật này là Menacanit và cho nguyên tố mới t́m được là Menakin.

Nhưng có lẽ nguyên tố này không hợp với cái tên ấy nên ngay từ dịp đầu tiên vào năm 1795, khi nhà hóa học người Đức tên là Martin Claprôt lần thứ hai phát hiện được nguyên tố này trong khoáng vật rutin, ông đă thay cho nó một cái tên khác đẹp đẽ hơn - đó là titan. Trong thần thoại Hy Lạp, các con trai của Gêia - nữ thần đất, được gọi là titan.

Hai năm sau người ta mới biết rằng, Grêgo và Claprôt đă phát hiện ra cùng một nguyên tố mà từ đó tới nay mang một cái tên đầy kiêu hănh - titan.

Phát hiện ra một nguyên tố - điều đó không có nghĩa là đă tách được nguyên tố ấy ở dạng tinh khiết. Cả Grêgo lẫn Claprôt đều chỉ thu nhận được một hợp chất hóa học của titan với oxi - đó là một thứ bột kết tinh màu trắng của titan oxit. Việc tách titan ra khỏi các hợp chất của nó quả thật là một bài toán hiểm hóc. Nhiều nhà hóa học nổi tiếng của thế kỷ trước đă cố gắng giải bài toán đó, nhưng sự thất bại đă chờ đón họ.

Có một thời người ta tưởng những cuộc t́m ṭi của nhà hóa học người Anh là Urônlaxtơn (Wollaston) đă thành công tốt đẹp... Năm 1823, khi nghiên cứu các tinh thể t́m thấy trong xỉ ḷ luyện kim, ông đă đi đến kết luận rằng, chất tinh khiết đó không phải là cái ǵ khác mà chính là titan nguyên chất. Sau 33 năm, nhà hóa học người Đức là Vuêle đă xác định rằng, các tinh thể đó là một hợp chất của titan với nitơ và cacbon, chứ hoàn toàn không phải là titan tự do như Urônlaxtơn đă lầm tưởng.

Trong nhiều năm mọi người đều nghĩ rằng, nhà bác học Thụy Điển nổi tiếng là Becxêliut đă thu được titan kim loại lần đầu tiên vào năm 1825 khi khử kali flotianat bằng natri kim loại. Nhưng ngày nay, khi so sánh các tính chất của titan và của sản phẩm mà Becxêliut đă thu nhận được th́ có thể khẳng định rằng, vị thư kư suốt đời của Viện hàn lâm khoa học hoàng gia Thụy Điển đă lầm v́ titan nguyên chất nhanh chóng ḥa tan trong axit flohidric (khác với nhiều axit khác), c̣n titan của Becxêliut th́ chống lại được tác dụng của axit đó.

Măi đến năm 1875, nhà khoa học người Nga là Đ. K. Kirilôp mới điều chế được titan kim loại. Ông đă công bố kết quả của công tŕnh này trong tập sách nhỏ “Nghiên cứu về titan”. Nhưng trong những điều kiện của nước Nga dưới thời Nga hoàng th́ công tŕnh nghiên cứu quan trọng này không được một ai chú ư đến, v́ vậy mà nó bị lăng quên.

Năm 1887, sau khi khử titan tetraclorua bằng natri kim loại trong b́nh thép kín mít, hai người đồng hương của Becxêliut là Ninxơn và Petecxơn đă thu được một sản phẩm khá tinh khiết - chứa khoảng 95% titan.

Nhà hóa học Pháp là Muatxan (Moissan) đă tiến thêm một bước trên con đường đi đến titan nguyên chất vào năm 1895. Ông đă khử titan oxit bằng cacbon trong ḷ hồ quang, sau đó cho kim loại thu được qua hai lần tinh luyện nữa. Titan của ông chỉ chứa vẻn vẹn 2% tạp chất.

Cuối cùng, năm 1910, sau khi hoàn thiện phương pháp của Ninxơn và Petecxơn, nhà hóa học người Mỹ là Hântơ (Hunter) đă thu được vài gam titan tương đối tinh khiết. Sự kiện này đă gây nên tiếng vang lớn ở nhiều nước. Chính v́ vậy mà cho đến nay, nhiều người vẫn lầm tưởng là Hântơ chứ không phải là những người trước ông đă lần đầu tiên tách được titan ở dạng tinh khiết

Như vậy là đă điều chế được titan ở dạng nguyên chất. Tuy nhiên nó được coi là nguyên chất một cách khá gượng ép, v́ nó vẫn c̣n chứa vài phần ngàn tạp chất. Chỉ vài phần ngàn thôi...Nhưng, “con sâu làm rầu nồi canh”. Các tạp chất làm cho titan trở nên gịn, không bền và không chịu được gia công cơ học. Thế là nó lại mang tiếng xấu như một thứ kim loại vô dụng, không dùng được vào việc ǵ cả. Tất nhiên, với bản nhận xét như vậy th́ titan không thể mơ tưởng đến một công việc trọng trách. Đành phải hài ḷng với những vai tṛ thứ yếu vậy thôi.

Ngay từ năm 1908, Roze và Batơran ở Mỹ và Farup ở Na Uy đă đề nghị sản xuất bột trắng chứ không phải tạp chất của ch́ hoặc của kẽm như trước kia vẫn làm, mà bằng titan oxit. Dùng loại bột trắng này có thể nhuộm trắng được một bề mặt rộng gấp vài lần so với dùng bột trắng ch́ hoằc kẽm. Vả lại, bột titan trắng không độc (c̣n bột ch́ trắng th́ rất độc), v́ titan oxit vô hại đối với cơ thể con người. Trong y học đă xảy ra trường hợp có người đă “uống” một lần gần nửa kilôgam chất này mà không hề bị một hậu quả đáng buồn nào.

Dần dần, titan oxit được sử dụng để nhuộm màu cho da, vải, được dùng trong ngành sản xuất thủy tinh, sứ, men, ngọc nhân tạo.

Một hợp chất khác của titan cũng đă t́m được việc làm. Đó là titan tetraclorua mà trên đây đă nói tới, do nhà hóa học người Pháp là Đuma điều chế được lần đầu tiên vào năm 1826. Khả năng tạo ra màn khói ngụy trang dày đặc của hợp chất này đă được sử dụng rộng răi trong thời kỳ chiến tranh thế giới thứ nhất. C̣n trong những năm ḥa b́nh th́ nó được dùng để sưởi ấm cho cây cỏ trong những cơn rét buốt của buổi sáng mùa xuân.

Song, như chúng ta sẽ thấy dưới đây, titan hoàn toàn có quyền đồi hỏi một công việc quan trọng và lư thú hơn.

Và cuối cùng nhà bác học người Hà Lan là Van Aken (Van Arkel) và Đơ Bua (De Bur) đă điều chế được titan với độ tinh khiết rất cao bằng cách phân giải titan tetraclorua nhờ một sợi dây vonfram nung đỏ. Thế là đă đến lúc mà quan niệm từng thịnh hành về tính gịn của titan không đứng vững nữa; bởi v́ kim loại mà Van Aken và Đơ Bua điều chế được th́ lại có tính dẻo rất cao: có thể rèn được nó khi nguội chẳng khác ǵ sắt; có thể cán nó thành lá, thành tấm, thành sợi, thậm chí thành lá cực mỏng. Ngày nay, cái tên đầy kiêu hănh mà nguyên tố này mang không c̣n khiến một ai cảm thấy là một “tṛ mỉa mai của số phận” như trước nữa. Trước mắt nó là một con đường rộng mở để đi vào thế giới kỹ thuật.


Thoát khỏi tù đày - "Con chim đen" - Đây là thời gian phơi sáng - Người chèo đổi thuyền - Nghịch lư chăng.

H́nh như để tỏ ḷng biết ơn v́ đă được giải thoát khỏi ṿng tù hăm của các hợp chất, nên titan bắt đầu làm cho các nhà bác học phải sửng sốt về những tính chất kỳ diệu của ḿnh. Chẳng hạn, người ta thấy rơ rằng, titan nhẹ hơn sắt gần hai lần nhưng lại bền hơn nhiều loại thép. Về độ bền tính theo trọng lượng th́ titan không có đối thủ trong số các kim loại công nghiệp. Ngay cả một kim loại như nhôm cũng phải thua kém titan về nhiều mặt, v́ titan chỉ nặng gấp rưỡi nhôm nhưng lại bền hơn nhôm đến sáu lần. Một điều hết sức quan trọng nữa là titan vẫn giữ được độ bền của ḿnh ở nhiệt độ cao (đến 500 độ C, c̣n nếu pha thêm các nguyên tố điều chất vào th́ đến 650 độ C), trong khi đó, độ bền của đa số các hợp kim nhôm lại giảm xuống đột ngột ngay cả ở 300 độ C.

Titan là một kim loại rất cứng: nó cứng hơn nhôm và đồng rất nhiều, thậm chí c̣n cứng hơn cả sắt. Giới hạn chảy của một kim loại càng cao th́ các chi tiết làm bằng kim loại ấy chịu đựng tải trọng sử dụng càng tốt và giữ nguyên được h́nh dạng và kích thước của ḿnh càng lâu. Giới hạn chảy của titan cao gấp năm lần so với nhôm và gần gấp ba lần so với sắt.

Không có ǵ đáng ngạc nhiên khi một câu hỏi được đặt ra cho các công tŕnh sư hàng không là nên giao phó việc khắc phục chướng ngại âm thanh cho kim loại nào, th́ họ đă chọn ngay titan. Ngay từ những năm 60, trên báo chí nước ngoài đă xuất hiện những ḍng tin nói về việc Mỹ đă chế tạo máy bay phản lực siêu âm “Chim đen” đạt tới tốc độ hơn 3.200 kilomet trong một giờ. Thân của máy bay này được làm bằng titan. Kể từ đó, chỗ đứng của titan trong ngành chế tạo máy bay đă được củng cố rơ rệt: các bộ phận bên ngoài của máy bay (khoang động cơ, cách phụ, bánh lái) cùng nhiều cụm máy và chi tiết - từ động cơ cho đến các đinh ốc - đều được làm bằng các hợp kim của titan. Nhờ có titan nên các máy bay trở nên nhẹ hơn, nghĩa là trọng tải của chúng tăng lên. Chẳng hạn, chỉ riêng việc thay thế các bulông thép của động cơ bằng bulông titan mà trong một loại máy bay khu trục, khối lượng của động cơ giảm đi gần một trăm kilogam. Theo dự tính của các chuyên gia th́ trong những năm sắp tới, tỉ lệ các kết cấu bằng titan và bằng các hợp kim titan trong những loại máy bay có tốc độ gấp 2 - 3 lần tốc độ âm thanh sẽ lên đến 60 - 90 %.

Nếu không có kim loại này th́ kỹ thuật vũ trụ sẽ không làm nên công chuyện ǵ. Đặc biệt, những thùng titan để chứa oxi lỏng và hiđro lỏng đă tỏ rơ những tính năng sử dụng tuyệt vời: ở nhiệt độ cực thấp, titan vẫn không bị phá hủy như đa số các kim loại khác, mà ngược lại, c̣n trở nên bền vững hơn. Có lẽ titan sẽ là vật liệu kết cấu chủ yếu của các hạng mục công tŕnh được lắp ráp trực tiếp trong vũ trụ. Các thí nghiệm do các nhà du hành vũ trụ Xô - viết Gheorghi Sônin và Valeri Cubaxôp tiến hành hồi năm 1969 đă cho thấy rằng, trong những điều kiện của chân không vũ trụ, kim loại này dễ hàn và dễ cắt.

Không phải chỉ riêng các công tŕnh sư về thiết bị vũ trụ mới kính nể titan. Chẳng hạn, các kỹ sư Cộng ḥa dân chủ Đức đă sử dụng lớp mạ bằng titan để tăng độ bền cho các chi tiết đồng hồ đeo tay: một lớp titan cực mỏng, chỉ 0,2 micron, đă nâng cao tuổi thọ của cơ cấu đồng hồ lên vài lần và c̣n làm tăng cả độ chính xác nữa. Nhật Bản đă chế tạo một loại máy ảnh chuyên dùng cho các phóng viên thể thao; nó cho phép chụp được những tấm ảnh với thời gian phơi sáng là 1/4000 giây: sở dĩ đạt được như vậy là nhờ có hợp kim titan để làm cửa rèm bắt ảnh. Khung xe đạp làm bằng titan chỉ nặng hơn 1 kilogam c̣n cả chiếc xe đạp th́ nặng chưa đến 7 kilogam. Những chiếc xe đạp nhẹ bỗng này rất được các nhà thể thao ưa chuộng. Những người đua thuyền siêu hạng cũng sẵn sàng thay những chiếc thuyền thoi cũ bằng những thuyền thoi mới làm bằng sợi than và các hợp kim titan: chiếc thuyền mái tám chèo như vậy nhẹ hơn so với chiếc thuyền trước đây ít nhất là 20 kilogam.

Titan cũng làm cho các nhà hóa học phải chú ư đến ḿnh. Tại một nhà máy, người ta đă làm một thí nghiệm như sau. Họ chế tạo ba máy bơm bằng gang, bằng thép không gỉ và bằng titan để bơm các chất lỏng có tính ăn ṃn cao. Chiếc thứ nhất đă “bị ăn” sau ba ngày đêm, chiếc thứ hai chịu được mười ngày, c̣n chiếc thứ ba (bằng titan) th́ sau nửa năm làm việc không nghỉ vẫn nguyên vẹn, không bị hư hại ǵ.

Mặc dầu titan vẫn c̣n khá đắt, nhưng trong nhiều trường hợp, dùng nó để thay thế các vật liệu rẻ tiền hơn th́ vẫn có lợi về mặt kinh tế. Chẳng hạn, thân thùng phản ứng của một thiết bị hóa học nếu làm bằng titan th́ đắt gấp bốn lần so với làm bằng thép không gỉ. Nhưng thùng phản ứng bằng thép chỉ dùng được sáu tháng, c̣n thùng bằng titan th́ dùng được mười năm. Ngoài ra, hăy cộng thêm những chi phí cho việc thay thùng thép thường kỳ và những thiệt hại do sự ngưng trệ thiết bị th́ sẽ thấy rơ ràng, mặc dầu nghe có vẻ như nghịch lư, rằng titan đắt tiền vẫn rẻ hơn thép rẻ tiền.

Tại cuộc triển lăm về sử dụng titan trong công nghiệp được tổ chức mấy năm trước đây ở London đă trưng bày rất nhiều loại thiết bị làm bằng titan để trang bị cho các nhà máy hóa chất. Các ống phun làm bằng titan sau khi làm việc hơn hai tháng trong môi trường khí sunfurơ nóng vẫn có thể tiếp tục làm việc thêm nữa, dường như trong chúng chưa hề xảy ra chuyện gỉ cả; c̣n các ống phun bằng thép không gỉ th́ bị hỏng ngay sau vài giờ làm việc. Titan được sử dụng rất có hiệu quả để chế tạo các chi tiết làm việc trong môi trường khí clo, hơi axit sunfuric hoặc nitric và các hóa chất ăn ṃn khác. Một số xí nghiệp đă sắm cả những ống thông gió đồ sộ bằng kim loại này, cao đến 120 mét. Tất nhiên, cái ống như vậy là đắt tiền, nhưng sau đó, nó đứng vững hàng trăm năm ṛng mà không cần sửa chữa ǵ cả - tất cả mọi chi phí sẽ được bù lại một cách dư thừa.



Trên chiếc bè "Ra" bằng cỏ giấy - Quan điểm mơ hồ - Ngàn năm về sau - Giữa các vực thẳm của đại dương - Tháp lầu chuông thứ ba của Panmira phương bắc - Acropôn đóng cửa để sửa chữa.

Titan được sử dụng rộng răi để sản xuất các loại hợp kim cứng dùng làm dụng cụ cắt gọt. Chỉ một lớp phủ cực mỏng bằng titan cacbua cúng đủ nâng cao hẳn những tính năng cắt gọt của dụng cụ, làm cho chất lượng bề mặt của sản phẩm được gia công trở nên tốt hơn.

Các dụng cụ phẫu thuật tuyệt vời làm bằng các hợp kim titan rất được ca ngợi. Bác sĩ Liên Xô Iuri Xenkevich - người tham gia đoàn thám hiểm quốc tế dưới sự lănh đạo của nhà du lịch nổi tiếng Tur Heyerdahl người Na Uy, đă mang theo trong chuyến vượt biển rất dài ngày trên chiếc bè “Ra” bằng cỏ giấy một bộ dụng cụ phẫu thuật bằng titan - nó vừa nhẹ vừa bền vừa chống được ăn ṃn.

Trong những năm 60, các nhà bác học đă chế tạo được một thứ hợp kim kỳ lạ gồm niken và titan, gọi là nitinon. Nó có một tính chất khác thường là “nhớ” được quá khứ của ḿnh, hay nói một cách chính xác hơn, nó lấy lại được h́nh dạng ban đầu của ḿnh sau khi bị biến dạng do gia công (điều này sẽ được kể tỉ mỉ trong mục “con quỷ đồng” viết về niken).

Hồi đầu thế kỷ XX, trong các nhà luyện kim nổi lên một ư kiến cho rằng, titan là một tạp chất có hại đối với sắt. Phải qua nhiều năm mới chứng minh được tính mơ hồ của cách nh́n nhận đó. Ngày nay, luyện kim là một trong những ngành tiêu thụ titan nhiều nhất. Có thể kể ra hàng trăm nhăn thép và hợp kim có chứa nguyên tố này với một lượng nào đó. Titan được pha thêm vào thép không gỉ để ngăn chặn sự ăn ṃn sâu vào các tinh thể. Trong các hợp kim chịu nóng có hàm lượng crom cao, titan làm giảm độ lớn của các hạt, làm cho các hợp kim có cấu trúc tinh thể mịn hạt và đồng nhất. Trong các hợp kim chịu nóng khác, titan dùng làm nguyên tố tăng độ bền.

Ái lực lớn của titan đối với oxi (chúng ta c̣n trở lại vấn đề này) cho phép sử dụng nó để khử oxi cho thép. So với silic là một trong những chất khử oxi chủ yếu, th́ khả năng khử oxi của titan cao hơn khoảng mười lần. Titan cũng có vai tṛ như vậy đối với nitơ. Việc khử hết các chất khí cho thép góp phần nâng cao các tính chất cơ học và tăng độ bền ăn ṃn của thép.

Một trong những tính chất tuyệt với của titan là khả năng chống ăn ṃn - kẻ thù độc ác nhất của các kim loại, rất cao. Trên bề mặt một tấm titan ngâm trong nước biển sau mười năm vẫn không hề thấy một dấu vết han gỉ nào (sau thời gian ấy, nếu một tấm sắt th́ họa may chỉ c̣n dấu vết của nó trong trí nhớ mà thôi). Nhưng đâu phải chỉ chục năm mà thôi: các phép tính đă cho thấy rằng, nếu thí nghiệm này được bắt đầu từ một ngàn năm về trước, chẳng hạn, từ khi nước Nga chính thức nhận chính giáo Cơ Đốc làm quốc giáo (vào năm 988 - 989), th́ đến nay, lớp ăn ṃn chỉ có thể “gặm” sâu vào tấm titan vẻn vẹn có 0,02 milimet. V́ vậy, thật là dễ hiểu khi các nhà đóng tàu biển, xây dựng thủy lợi, thiết kế khí cụ lặn sâu đều bảy tỏ thiện cảm với titan chẳng kém ǵ các công tŕnh sư hàng không và các nhà hóa học. Hăng “General Electric” ở Mỹ đựng định xây dựng một đồ án xây dựng các trạm nghiên cứu ngầm dưới biển có người điều khiển. Các trạm này có thể đặt ở độ sâu 3.700 mét. Trong các đồ án này, các hợp kim titan đóng một vai tṛ quan trọng.

Chính v́ titan có độ bền ăn ṃn cao nên những người sáng tạo đài tưởng niệm để măi măi ghi nhớ việc con người chinh phục không gian vũ trụ đă chọn đích danh kim loại này làm vật liệu ốp ngoài. Trong khoảng những năm đó, người ta c̣n dự định sử dụng titan vào một công tŕnh đồ sộ nữa. Tại cuộc thi chọn các đồ án xây dựng đài kỷ niệm 100 năm ngày thành lập hội viễn thông quốc tế do UNESCO tổ chức, đồ án của các kiến trúc sư Xô - viết đă đoạt giải nhất (trong số 213 đồ án được tŕnh bày). Đài kỷ niệm dự kiến đặt tại Quảng trường Các dân tộc ở Giơnevơ sẽ là hai vỏ ṣ bằng bê tông cao 10,5 mét được ốp bằng những tấm titan nhẵn bóng. Đi dọc theo một con đường nhỏ giữa hai vỏ ṣ này, người ta sẽ nghe được giọng nói, tiếng bước chân của ḿnh, tiếng ồn ào của thành phố, sẽ thấy các h́nh ảnh của ḿnh ở tâm các ṿng tṛn mất hút dần vào khoảng xa vô tận. Đồ án này cho đến nay vẫn chưa được thực hiện, nhưng một đài kỷ niệm khác kiểu tháp nhọn của tác giả Liên Xô cũng làm bằng titan hiện đang tô điểm cho công viên Cung các dân tộc ở Giơnevơ. Đó là một đài kỷ niệm cao 28 mét, tượng trưng cho ḷng khát khao của con người muốn vươn tới những tầm xa vũ trụ và những thành tựu đă đạt được trên con đường đó. Năm 1971, Liên Xô đă chuyển công tŕnh này làm quà tặng cho Liên hợp quốc.

Năm 1980, tượng kỷ niệm Iuri Gagarin đă được dựng lên ở Maxcơva. Thân h́nh cao 12 mét của nhà du hành vũ trụ đầu tiên trên trái đất đặt trên đỉnh cột cao vút, mà cũng là mô h́nh con tàu vũ trụ “Phương Đông” đă hoàn thành chuyến bay lịch sử, đều được làm bằng titan. Không thể h́nh dung nổi toàn cảnh Lêningrat nếu không có hai ngọn tháp lầu chuông nổi tiếng ở Bản doanh hải quân và ở Pháo đài Petropaplôpxcơ. Hiện nay, một ngọn tháp lầu chuông thứ ba được đặt lên ṭa nhà của bến cảng lớn nhất Liên Xô trên đảo Vasilliepxki. Ngọn tháp lầu chuông mới trang điểm cho hải cảng Panmira phương bắc (Panmira là một thành phố cổ ở đông bắc Xyri, vốn là trung tâm buôn bán và thủ công nghiệp rất phồn thịnh vào khoảng thế kỷ I - III. Trong văn chương Nga, người ta thường ví Lêningrat là Panmira phương bắc -N. D.) này cũng được làm bằng titan - thứ vật liệu mà các kiến trúc sư, các nhà điêu khắc và xây dựng đều ưa chuộng.

Nếu như người Hy Lạp cổ xưa mà biết đến titan th́ rất có thể họ đă sử dụng nó làm vật liệu để xây dựng những ṭa nhà của thành Acropôn ở Aten. Nhưng tiếc thay, các nhà kiến trúc thời xưa không có thứ “vật liệu vĩnh cửu” này. Những công tŕnh sáng tạo tuyệt vời của họ đă phải chịu tác động hủy diệt của hàng bao thế kỷ. Thời gian đă tàn nhẫn phá hoại những di tích của nền văn hóa Hy Lạp. Đến đầu thế kỷ XX này, người ta thấy rằng, thành Acropôn ngày một điêu tàn ấy phải được sửa chữa. Thế là các bộ phận riêng rẽ của ṭa nhà đă được chằng chống bằng những khung thép. Song chỉ được mấy năm, lớp gỉ đă gặm ṃn kim loại, nhiều phiến đá hoa cương đă bị sụp xuống và nứt nẻ. Để cứu Acropôn khỏi bị hư hại, người ta đă quyết định thay các khung thép bằng các khung titan để khỏi bị ăn ṃn.

Tính không nhiễm từ của titan là một đặc tính quan trọng của nó: ngay cả những từ trường mạnh cũng không thể tác động đến titan. Trong nhiều trường hợp, “miễn dịch kháng từ” như vậy rất có ích. Chẳng hạn những người tham gia đoàn thám hiểm bắc cực của báo “nước Nga Xô - viết” hồi năm 1983 đă đem theo chiếc từ kế duy nhất của họ ở trên chiếc xe trượt không nhiễm từ làm bằng titan. Đoàn thám hiểm này đă dùng xe trượt do chó kéo để vượt hơn chục ngàn kilomet dọc theo bờ bắc băng dương.

Như vậy, titan là một kim loại may mắn có những tính chất quư báu. Không phải ngẫu nhiên mà nhà luyện kim nổi tiếng của Liên Xô, viện sĩ I. P. Barđin đă phấn đấu để phát triển cho kỳ được kỹ thuật luyện titan ở Liên Xô. Ông đă viết: “Ngày nay, nói đến kim loại không có nghĩa chỉ là gang và thép... Đó c̣n là titan - một đối thủ trẻ của sắt, hơn hẳn sắt về tất cả các đặc điểm “tính cách” của ḿnh - vừa nhẹ, vừa bền, vừa chịu nhiệt, vừa chống ăn ṃn”. Vậy th́ tại sao cho đến nay, titan vẫn chưa được sử dụng rộng răi trong công nghiệp như thép hoặc nhôm chẳng hạn?



Sẽ chữa khỏi tật - Hiếm như thế đấy - Hơi viễn tưởng một tí - Mỏ quặng trong biển B́nh Yên - Giữa ṿng tay của oxi - Những thử thách gay go.

Giá cao - đó chính là điều đă ḱm hăm việc sử dụng titan ở một chừng mực nào đó. Nói cho đúng th́ “khuyết điểm” này không phải là bẩm sinh, mà chỉ là do quá khó khăn trong việc tách titan ra khỏi quặng. Nếu lấy giá thành tương đối của titan trong tinh quặng làm đơn vị, th́ sau một quăng đường công nghệ dài và phức tạp mà titan phải vượt qua trong quá tŕnh biến ra thành phẩm là lá mỏng, giá thành của nó tăng lên hàng trăm lần. Nhưng đó là một điều bất hạnh có thể cứu văn được: công nghệ sản xuất kim loại mới này đang được hoàn thiện không ngừng, và không phải quá lâu nữa, sẽ đến lúc nó cũng rẻ như nhôm - thứ kim loại mà mới hồi cuối thế kỷ trước c̣n đắt như các kim loại quư hiếm. Rồi đây trong tủ kính của các cửa hàng có thể sẽ gặp những bộ dụng cụ ăn uống và làm bếp bằng titan và bằng các hợp kim của nó - titan sẽ “đi vào quần chúng”.

Cho đến rất gần đây (và hiện giờ đôi khi vẫn thế) người ta vẫn liệt titan vào hàng các kim loại hiếm mà hoàn toàn không có căn cứ. Thực ra th́ trong thiên nhiên, các nguyên tố hay gặp hơn titan cũng chẳng nhiều lắm. Lượng titan có trong vỏ trái đất c̣n cao gấp mấy lần so với trữ lượng các kim loại như đồng, kẽm, ch́, vàng, bạc, platin, crom, vonfram, thủy ngân, molipđen, bitmut, antimon, niken, thiếc cộng lại. Thế mà hiếm ư?

Tuy nhiên, về mặt nào đó th́ thuật ngữ “hiếm” cũng có một mối quan hệ nào đó với Titan: chính là hiếm có thứ đất đá không chứa nguyên tố này với một hàm lượng nào đó. Người ta đă biết khoảng 70 khoảng vật của titan mà trong đó nó ở dạng oxit hoặc các muối của axit titanic. Trong số đó, inmenit (mà trước đây gọi là menacanit), rutin, peropsit và sfen là có ư nghĩa thực tiễn lớn nhất. “Phe nhóm” các khoáng vật chứa titan ngày càng mở rộng. Tại vùng đài nguyên Lovozero trên bán đảo Cola, các nhà địa chất đă t́m thấy một thứ đá (nói chính xác hơn là một hạt cát v́ nó chỉ cân nặng vài phần mười gam) mà trước đây chưa biết và đặt tên cho nó là natisit, bởi v́ các thành phần chủ yếu của nó là natri, titan và silic. Ở phía bắc vùng cận Baican người ta đă t́m thấy một tinh thể tí hon của một khoáng vật mới chứa titan. Để tôn vinh nhà vật lư học Xô viết xuất sắc - viện sĩ L. Đ. Lanđau, khoáng vật cực kỳ hiếm này được gọi là lanđaunit.

Trên trái đất có khoảng chừng hơn 150 mỏ titan lớn, gồm các mỏ quặng và các mỏ sa khoáng. Nhưng dù trái đất có giàu khoáng sản đến đâu đi chăng nữa, th́ sớm hay muộn rồi các kho tàng dưới đất cũng sẽ đến ngày cạn kiệt. Bởi vậy, các nhà bác học và các nhà văn viễn tưởng thường hay hướng về đáy đại dương và vào vũ trụ xa xôi. Một trong những nhân vật chính trong cuốn tiểu thuyết khoa học viễn tưởng “tinh vân tiên nữ” của I. A. Epremôp - nhà cổ sinh vật học kiêm nhà văn Xô viết nổi tiếng, tên là Đar Vater, làm việc tại một xí nghiệp mỏ titan dưới nước, gần bờ biển Nam Mỹ. Đây là cảnh tượng hiện ra trước mắt nhân vật khi anh ta đến đây để bắt tay vào công việc: “ Xa xa ngoài biển hiện lên một dải cát nhân tạo mà ở phần cuối của nó có một ngọn tháp bị sóng nước bao quanh. Ngọn tháp này dừng ở ŕa sườn lục địa, cắm dốc xuống đại dương đến độ sâu khoảng một kilomet. Dưới tháp này, một giếng mỏ lớn đi thẳng xuống đất, có dạng một cái ống xi măng rất dày để chống lại áp lực của nước sâu. Ở đáy biển, ống này chọc đúng vào đỉnh một quả núi ngầm hầu như hoàn toàn bằng rutin (titan oxit) nguyên chất và luồng nước đục ngầu pha lẫn các chất khoáng phế thải lan tỏa ra xung quanh được đưa lên mặt đất”.

Ngay từ trước khi con tàu vũ trụ “Apollo” của Mỹ và các trạm tự động “Mặt trăng” của Liên Xô đưa được các mẫu đất đá trên mặt trăng về trái đất, một số nhà bác học đă nêu lên giả thuyết rằng, đất đá trên mặt trăng chứa khá nhiều titan. Hiện nay, giả thuyết của ngày hôm qua đă trở thành sự thực được xác minh bằng thực nghiệm. Có thể trong tương lai không xa, biết đâu báo chí sẽ đưa tin xí nghiệp mỏ titan đầu tiên trên mặt trăng bắt đầu hoạt động ở một nơi nào đó trong vùng biển B́nh Yên hoặc trong vùng đại dương Băo Táp.

Các nhà du hành vũ trụ Xô viết Piôt Climuc và Valentin Lêbêđep (đoàn phi hành trên con tàu vũ trụ “Liên hợp - 13”) đă đưa về trái đất những số liệu thú vị. Họ đă thu nhận được ảnh phổ tử ngoại của một trong những tinh vân hành tinh mà các nhà thiên văn học luôn luôn quan tâm đến. Tinh vân điển h́nh là một thành tạo dạng khí với một ngôi sao nóng ở trung tâm. Bởi v́ các thiên thể này ở rất xa hành tinh của chúng ta nên thông tin về chúng hết sức nghèo nàn. Sau nhiều năm nghiên cứu các tinh vân hành tinh mới chỉ phát hiện được 17 nguyên tố hóa học, hơn nữa, trong suốt một phần tư thế kỷ qua không hề nhận được tin tức ǵ về điều này từ vũ trụ xa thẳm. Và thế là các khí cụ trên con tàu “Liên hợp - 13” đă xác đinh chắc chắn rằng, ở một tinh vân hành tinh c̣n có hai nguyên tố nữa là nhôm và titan.

Như vậy, cả hành tinh của chúng ta, cả những “người bạn đường” gần gũi nhất của nó và cả các thiên thể khác đều không có lư do ǵ để “kêu ca” là không có titan. Song c̣n phải tách nó ra khỏi quặng và đưa nó vào trạng thái mà có thể sử dụng được trong kỹ thuật hiện đại. Nhiệm vụ này thật không dễ dàng.

Vấn đề là ở chỗ hợp chất của titan với oxi (mà nguyên tố này lại thường gặp trong thiên nhiên ở dạng hợp chất như vậy) là một trong những hợp chất bền vững nhất trong hóa học. Dù là ḍng điện hay nhiệt độ cao đều không thể tách titan ra khỏi ṿng tay của oxi. Điều đó đă bắt buộc các nhà bác học phải t́m kiếm những con đường gián tiếp để điều chế titan ở dạng tự do. Năm 1940, nhà bác học người Mỹ là Kron đă đề xuất cái gọi là phương pháp nhiệt magie để sản xuất titan với quy mô công nghiệp. Thực chất của phương pháp này như sau. Đầu tiên, dùng clo và cacbon để chuyển titan oxit thành titan tetraclorua. Xử trí với clo (bây giờ nó chiếm vị trí của oxi) th́ dễ hơn nhiều. Một nguyên tố chẳng hạn như magie hoàn toàn có thể giải quyết được nhiệm vụ này. Do phản ứng giữa titan tetraclorua và magie, một khối bọt xốp gồm titan, magie và magie clorua được tạo thành. Đem nấu lại trong chân không hoặc trong môi trường khí trơ (để cho oxi và nitơ của không khí không lọt được vào kim loại), khối bọt xốp này sẽ biến thành titan đặc sít tinh khiết. Để thu được titan đặc biệt tinh khiết, người ta sử dụng phương pháp iođua do các nhà bác học quen biết của chúng ta là Van Aken và Đơ Bua đề xuất.

Làm cho titan trở nên rẻ hơn - nhiệm vụ này đang được các viện nghiên cứu hóa học chuyên ngành giải quyết. Số viện như thế ngày một tăng lên. Ở Cleveland (nước Mỹ) cách đây không lâu đă thành lập một viện mới chuyên nghiên cứu các kim loại nhẹ. Một điều thú vị là tại buổi lễ khánh thành, dải băng truyền thống căng ở cổng vào viện được làm bằng ... titan. Để cắt dải băng này, ông thị trưởng thành phố đă buộc phải dùng đèn x́ và kính bảo hiểm thay cho kéo.

Trong thời đại chúng ta, hàng ngàn nhà bác học đang chú ư đến titan. Tại rất nhiều pḥng thí nghiệm, các mẫu kim loại này hàng ngày phải chịu đựng những “cực h́nh” tàn khốc: người ta kéo đứt thành từng mảng, bẻ queo, nấu trong các axit và các chất kiềm, nung đỏ, làm lạnh đến nhiệt độ cực thấp, đặt vào đó những tải trọng rất lớn, rồi ḍng điện cao tần và siêu âm.

Và titan đang tiết lộ với con người những điều bí mật của ḿnh...