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...
|