Kể chuyện về kim loại/Al

Từ Thư viện Khoa học VLOS
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm

Kể chuyện về kim loại/Al

 :"Bạc" lấy từ đất sét

Nhà viết sử cổ đại Plini Bố có kể lại một sự kiện lý thú từng xảy ra gần hai ngàn năm về trước. Một hôm, một người lạ đến gặp hoàng đế La Mã Tibêri. Người đó mang tặng hoàng đế một cái chén do chính mình làm ra từ một thứ kim loại lấp lánh như bạc, nhưng lại rất nhẹ. Người thợ nói rằng, anh ta lấy được thứ kim loại mà chưa ai biết này từ đất sét. Có lẽ Tibêri ít khi bận tâm biết ơn ai, và ông ta cũng là một hoàng đế thiển cận. Sợ rằng, thứ kim loại mới với những tính chất tuyệt vời của nó sẽ làm mất hết giá trị của đống vàng và bạc đang cất giữ trong kho, nên vị hoàng đế này đã ra lệnh chém đầu người phát minh và phá tan xưởng của anh ta để từ đấy về sau không còn ai dám sản xuất thứ kim loại “nguy hiểm” ấy nữa.

Đó là chuyện có thật hay chỉ là truyền thuyết - thật khó nói. Nhưng dẫu sao thì “nguy cơ” cũng đã qua khỏi, và tiếc thay, đã qua lâu lắm rồi. Mãi đến thế kỷ XVI, tức là khoảng một ngàn năm trăm năm về sau, lịch sử của nhôm mới được ghi thêm một trang mới. Vị y sự kiêm nhà vạn vật học đầy tài năng người Đức là Philip Aureon Teofrat Bombat Fôn Hôhengây (Philippus Aureolus Theophratus Bombastus Von Hohenheim) - người đã đi vào lịch sử với biệt danh là Paratxen, đã làm được điều đó. Khi nghiên cứu các chất và các khoáng vật khác nhau trong đó có cả các loại phèn, nhà bác học này đã xác định được rằng, chúng là “muối của một loại đất chứa phèn nào đó” mà thành phần của nó có chứa oxit của một kim loại chưa ai biết; thứ oxit này về sau được gọi là đất phèn.

Từ thời xa xưa người ta đã biết đến các loại phèn mà Paratxen từng quan tâm. Theo xác nhận của nhà viết sử người Hy Lạp là Hêrođot (sống ở thế kỷ thứ V trước công nguyên) thì các dân tộc cổ xưa đã dùng một loại chất khoáng mà họ gọi là “Alumen”, nghĩa là “làm săn sợi” để giữ màu khi nhuộm vải. Chất khoáng này chính là phèn.

Vào khoảng thế kỷ thứ VIII - IX, phèn đã được dùng để nhuộm vải, để thuộc da cừu, da dê ở nước Nga cổ xưa. Thời trung cổ, một số xưởng sản xuất phèn đã hoạt động ở châu Âu.

Năm 1754, nhà hóa học người Đức là Anđrêat Xighizmunđơ Macgrap (Andreas Sigismund Marggaf) đã tách được thứ “đất chứa phèn” mà Paratxen đã nói đến từ hai trăm năm trước đó. Phải qua mấy chục năm nữa, nhà bác học người Anh là Hanfri Đêvi (Humphry Davy) mới thử tìm cách tách thứ kim loại ẩn náu trong phèn. Năm 1807, bằng cách điện phân các chất kiềm, ông đã phát hiện ra natri và kali, nhưng ông chưa phân giải được đất phèn bằng dòng điện như thế. Mấy năm, nhà bác học người Thụy Điển là Iuên Iacop Becxêliut (Jons Jakob Berxelius) cũng bắt tay vào những cuộc thử nghiệm như vậy, song công cuộc của ông không thu được kết quả. Mặc dầu vậy, các nhà bác học vẫn quyết định đặt tên cho kim loại “bất trị” này: lúc đầu, Becxêliut gọi nó là alumium, và về sau, Đêvi đã đổi alumium thành aluminium (nhôm).

Nhà bác học người Đan Mạch Hans Khrixtian Ecxtet (Hans Christian Oersted) là người đầu tiên chế được nhôm kim loại giống như người thợ vô danh thời cổ La Mã. Năm 1825, trong một tạp chí hóa học, ông đã đăng một bài trong đó ông viết rằng, sau những thí nghiệm do ông tiến hành đã thu được “một mẩu kim loại có mầu và ánh kim hơi giống thiếc”. Nhưng tạp chí này không nổi tiếng lắm nên thông báo của Ecxtet hầu như không được giới khoa học chú ý đến. Vả lại, vì mải mê nghiên cứu về điện tử nên chính nhà bác học đã không coi trọng phát minh này của mình.

Hai năm sau, một nhà hóa học Đức trẻ tuổi nhưng đã nổi tiếng, tên là Friđric Vuêle (Friederich Wohler) đã đến Côpenhaghen để gặp Ecxtet. Ecxtet cho Vuêle biết là ông không định tiếp tục các thí nghiệm điều chế nhôm nữa. Thế là sau khi trở về nước Đức, Vuêle đã lao ngay vào nghiên cứu vấn đề này - một vấn đề mà ông quan tâm từ lâu. Chỉ đến cuối năm 1827, ông đã công bố phương pháp điều chế kim loại mới này của mình. Sự thực thì phương pháp của Vuêle chỉ cho phép tách được nhôm ở dạng hạt có độ lớn không bằng đầu kim băng, nhưng nhà bác học đã tiếp tục làm thực nghiệm cho đến khi hoàn chỉnh các phương pháp điều chế nhôm ở dạng khối đặc. Ông phải mất ... mười tám năm vào việc đó.

Thời bấy giờ, kim loại mới này đã có danh tiếng ngay. Nhưng vì người ta chỉ thu được nó với lượng rất ít ỏi nên giá của nó cao hơn giá vàng và tìm mua được nó không phải đơn giản.

Bởi vậy, cũng dễ hiểu rằng, khi một vị Quốc vương ở châu Âu đã sắm riêng được cho mình một bộ hoàng bào đính cúc nhôm thì ông ta liền lên mặt với các vua chúa khác mà món xa xỉ như vậy không hợp với túi tiền của họ. Các vua chúa kia chẳng còn cách nào khác ngoài ghen tức với người có diễm phúc được làm chủ bộ cúc quý hiếm đó và đành âm thầm buồn bã chờ đến một ngày tốt đẹp hơn.

Chẳng phải chờ đợi lâu, niềm vui lớn đã đến với họ: năm 1855, tại cuộc Triển lãm quốc tế ở Pari, người ta đã trưng bày "bạc lấy từ đất sét" làm chấn động dư luận. Đó là những tấm và thỏi nhôm do nhà bác học kiêm nhà công nghiệp người Pháp Hăngri Etien Xanh -Cle Đêvi (Henri Etienne Sainte Claire Deville) chế tạo ra.

Trước khi xuất hiện những vật trưng bày đó, một vài sự kiện sau đây đã xảy ra. Hồi ấy, Napôleon III - “đứa cháu bé tí của ông bác vĩ đại” - như những người đương thời thường gọi, là hoàng đế nước Pháp. Vốn là một kẻ thích chọc tức người khác, có một lần, ông ta mở một bữa tiệc, tại đó, những người trong hoàng gia và những vị khách vinh dự nhất được dùng thìa và dĩa bằng nhôm. Còn những khách khác thì buộc phải sử dụng những dụng cụ ăn uống bình thường (song vẫn là những thứ dùng cho các bữa tiệc của hoàng đế) bằng vàng và bạc. Dĩ nhiên là họ uất ức đến phát khóc lên và không tài nào nuốt nổi, nhưng biết làm sao được khi ngay cả hoàng đế lúc đó cũng không thể sắm đủ cho mỗi vị khách một bộ đồ bằng nhôm theo yêu cầu. Và khi mà số mệnh ban cho ông ta một vị hoàng tử để nối dõi thì người cha đầy diễm phúc đã ra lệnh cho người thợ kim hoàn trong cung đình làm một bộ đồ chơi xa xỉ bằng nhôm, vàng và các thứ đá quý.

Sau đó ít lâu, trong óc của Napôleon III đã chín muồi một dự án trêu ngươi, hứa hẹn một niềm vinh quang và hãnh diện, nhưng điều chủ yếu là làm cho các vua chúa khác phải xanh mắt vì ghen tị: hoàng đế đã quyết định trang bị cho binh lính trong quân đội của mình những bộ áo giáp bằng nhôm. Ông ta dành cho Xanh - Cle Đêvin một khoản tiền lớn để ông này tìm cách chế được nhôm với số lượng lớn. Lấy phương pháp của Vuêle làm cơ sở cho những thực nghiệm của mình, Xanh - Cle Đêvin đã đề ra một quy trình công nghệ thích hợp, nhưng kim loại của ông làm ra vẫn rất đắt. Chính vì vậy nên binh lính Pháp vẫn chưa được ướm thử những bộ áo giáp như vua chúa đã hứa hẹn, trong khi đó thì nhà vua lại rất quan tâm đến việc hộ vệ bản thân mình: vệ sĩ của ông đã được trưng diện những bộ áo giáp mới tinh.

Phe cánh Bônapac định lợi dụng việc Xanh - Cle Đêvin điều chế được nhôm nguyên chất để nhen nhóm lên ngọn lửa dân tộc chủ nghĩa: ở khắp mọi nơi, ngươi ta kêu gào về chủ quyền của nước Pháp trong việc phát hiện ra kim loại này. Đáng kính thay Xanh - Cle Đêvin, ông đã phản đối những lời “thổi phồng” này bằng một hành động thích hợp với một nhà bác học chân chính, đồng thời cũng rất độc đáo: ông đã dùng nhôm do chính mình sản xuất ra để khắc một tấm huy chương mang chân dung Friđric Vuêle, đề năm “1827”, rồi gửi tặng nhà bác học Đức.

Chính ở thời kỳ này cũng đã xuất hiện “bạc Đêvin” với tư cách là vật trưng bày trong Triển lãm quốc tế. Có thể, những người tổ chức cuộc triển lãm đã liệt nhôm vào hàng những kim loại thông dụng, nhưng tiếc thay nó vẫn chưa đạt tới điều đó. Thực ra, ngay từ thời bấy giờ, những người tiên tiến đã hiểu được rằng, cúc áo và áo giáp chỉ là những tình tiết nhỏ mọn trong đời hoạt động của nhôm. Lần đầu tiên nhìn thấy những sản phẩm bằng nhôm, N. G. Checnưsepxki đã phấn khởi thốt lên: “kim loại này nhất định sẽ có một tương lai to lớn. Hỡi các bạn, trước mắt các bạn là thứ kim loại của chủ nghĩa xã hội”. Trong tiểu thuyết “Làm gì” của ông xuất bản năm 1863 có những dòng như sau: “...Nghệ thuật kiến trúc của ngôi nhà bên trong này thanh thoát biết bao, những bức tường giữa các cửa sổ gọn nhẹ làm sao. Các ô cửa sổ thì to lớn, rộng rãi, choán hết cả chiều cao tầng nhà... Còn sàn và trần nhà thì thế nào? Các cửa lớn và khung cửa sổ kia làm bằng gì? Đó là cái gì vậy? Bạc chăng? Bạch kim ư?...Ô, bây giờ tôi mới biết, Xasa chỉ cho tôi một tấm bảng nhẹ như tấm kính, lại có cả hoa tai và trâm cài đầu như vậy nữa; phải, Xasa nói rằng, sớm hay muộn rồi nhôm cũng thay thế gỗ, và có thể còn thay thế cả đá nữa. Nhưng sao lại dồi dào thế. Chỗ nào cũng là nhôm... Và đây, trong phòng này nữa, một nửa sàn để ngỏ, và thế là rõ rồi, nó làm bằng nhôm...”

Nhưng trong khi những dòng tiên tri này được viết ra thì nhôm chủ yếu vẫn là thứ kim loại trang sức như trước. Một điều thú vị là năm 1889, khi Menđelêep ở Luân Đôn, để tỏ ý thừa nhận công lao xuất sắc của ông trong sự nghiệp phát triển ngành hóa học, người ta đã tặng ông một món quà quý: một chiếc cân làm bằng vàng và nhôm.

Xanh - Cle Đêvin đã triển khai hoạt động mạnh mẽ. Tại thị trấn La Glaxie, ông đã xây dựng nhà máy luyện nhôm đầu tiên trên thế giới. Nhưng trong quá trình nấu luyện, nhà máy đã thải ra nhiều khí có hại, làm ô nhiễm bầu không khí của La Glaxie. Những người dân địa phương vốn coi trọng sức khỏe của mình và không muốn hy sinh sức khỏe vì sự tiến bộ kỹ thuật nên đã khiếu nại lên chính phủ. Nhà máy đành phải chuyển đi nơi khác, lúc đầu, ra ngoại ô Pari, sau đó đến miền nam nước Pháp.

Song đến lúc này, nhiều nhà bác học đã thấy rằng, mặc cho tất cả các cố gắng của Xanh - Cle Đêvin, phương pháp của ông cũng không có triển vọng. Các nhà hóa học ở các nước khác vẫn tiếp tục tìm tòi. Năm 1865, nhà bác học Nga là N. N. Bekêtop đã đề xuất một phương pháp rất thú vị. Phương pháp này đã nhanh chóng được áp dụng tại các nhà máy luyện nhôm ở các nước Pháp và ở Đức.

Năm 1886 đã trở thành một cái mốc quan trọng trong lịch sử của nhôm, khi mà nhà bác học Mỹ là Saclơ Martin Hôn (Charles Martin Hall) và nhà bác học Pháp là Pôn Lui Tuxtanh Eru (Paul Louis Toussaint Heroult) một cách độc lập nhau đã hoàn thiện phương pháp điện phân để sản xuất kim loại này (Trong lịch sử khoa học và kỹ thuật có không ít những trường hợp mà hai nhà bác học trong cùng một năm đã đi đến những kết luận hoặc những phát minh như nhau. Sự trùng nhau này càng “chống chất” thêm bởi cả Hôn và Eru đều sinh năm 1863 và như thể đã hẹn ước với nhau, cả hai nhà phát minh này đều mất năm 1914). Ý tưởng này không phải là mới: ngay từ năm 1854, nhà bác học người Đức là Bunzen đã phát biểu ý nghĩ về việc điều chế nhôm bằng cách điện phân các muối của nó. Nhưng phải mất hơn ba mươi năm, ý định này mới được thực hiện. Do phương pháp điện phân đòi hỏi nhiều năng lượng, nên nhà máy đầu tiên sản xuất nhôm bằng phương pháp này ở châu Âu đã được xây dựng ở Neyhazen (Thụy Sĩ), gần thác nước sông Ranh - một nguồn điện rẻ tiền.

Ngày nay, sau hơn một trăm năm, chúng ta không thể tưởng tượng được việc sản xuất nhôm mà không dùng phương pháp điện phân. Chính điều đó đã giúp các nhà bác học phải vắt óc suy nghĩ về một sự thực đầy bí ẩn như sau. Ở Trung Quốc có ngôi mộ của đại đô đốc danh tiếng là Chu Du, chết hồi đầu thế kỷ thứ III. Cách đây không lâu, một số họa tiết trang trí ngôi mộ đã được phân tích bằng quang phổ. Kết quả thật bất ngờ đến nỗi phải phân tích đi phân tích lại nhiều lần, và mỗi lần như vậy, vạch quang phổ không thiên vị ai đã chứng tỏ hùng hồn rằng, thứ hợp kim mà những người thợ cổ xưa đã dùng làm họa tiết trang trí chứa tới 85% nhôm. Vậy bằng cách nào mà ngay từ thế kỷ thứ III người ta đã điều chế được kim loại này? Thời bấy giờ, con người biết đến điện họa chăng chỉ là qua sấm sét, mà chắc gì sấm sét thì chắc gì đã đồng ý tham gia vào quá trình điện phân. Thế nghĩa là vẫn phải giả định rằng, từ thời xa xưa ấy đã có một phương pháp khác nào đó để điều chế nhôm, nhưng tiếc thay đã bị thất truyền hàng bao thế kỷ.

Cuối thế kỷ XIX, ngành sản xuất nhôm đã trưởng thành vượt bậc, kết quả là giá kim loại này giảm xuống rõ rệt và nó không còn được coi là thứ kim loại quý nữa. Tất nhiên, đối với những người thợ kim hoàn thì chẳng có gì đáng quan tâm nữa, nhưng lập tức nó thu được sự chú ý của giới công nghiệp mà lúc này đang đứng ở ngưỡng cửa của những sự kiện lớn: ngành chế tạo máy bắt đầu phát triển mạnh mẽ, ngành công nghiệp ô tô đã đứng vững, ngành hàng không đang đi những bước đầu tiên mà trong đó nhôm đóng vai trò quan trọng nhất.

Năm 1893, ở Maxcơva đã xuất bản cuốn sách “ Nhôm và luyện nhôm” của kỹ sư N. Giucôp, trong đó tác giả viết: “Nhôm phải chiếm vị trí nổi bật trong kỹ thuật và phải thay thế nếu không phải tất cả thì cũng phải thay thế được nhiều kim loại thông dụng...”. Đã có những cơ sở cho lời khẳng định đó: ngay từ lúc bấy giờ người ta đã biết những tính chất tuyệt diệu của thứ “bạc lấy từ đất sét”. Nhôm là một trong những kim loại nhẹ nhất, nó nhẹ hơn đồng và sắt khoảng ba lần. Về tính dẫn điện và nhiệt thì nó chỉ thua kém bạc, vàng và đồng. Trong những điều kiện bình thường, kim loại này có đồ bền hóa học khá cao. Nhôm có tính dẻo cao nên có thể cán nó thành lá mỏng khoảng vài micrôn, kéo thành sợi rất mảnh như tơ nhện; 1000 mét sợi này chỉ cân nặng 27 gam và có thể để gọn trong một bao diêm. Chỉ có các đặc tính về độ bền là chưa được thỏa mãn lắm. Chính điều đó đã thúc giục các nhà bác học nghĩ cách làm sao cho nhôm bền hơn mà vẫn giữ được tất cả những tính chất có ích của nó.

Từ lâu người ta đã biết rằng, độ bền của nhiều loại hợp kim thường cao hơn hẳn độ bền của các kim loại nguyên chất có mặt trong các hợp kim ấy. Bởi vậy, các nhà luyện kim đã ra sức tìm kiếm cho nhôm những “người bạn” mà sau khi “kết thân” với nhôm thì sẽ làm cho nhôm bền hơn. Chẳng bao lâu, thành công đã đến với họ. Trong lịch sử khoa học, lắm khi những hoàn cảnh ngẫu nhiên lại đóng vai trò quyết định. Chúng tôi xin lần lượt kể ra đây.

Một hôm (chuyện xảy ra hồi đầu thế kỷ XX), nhà hóa học kiêm luyện kim người Đức là Anfrêt Vinmơ (Alfred Wilm) pha chế một hợp kim, trong đó, ngoài nhôm ra còn có các chất phụ khác là đồng, magie và mangan. Độ bền của hợp kim này cao hơn độ bền của nhôm nguyên chất, nhưng Vinmơ vẫn cảm thấy có thể làm cho nó bền hơn nữa bằng cách đem tôi. Ông đã đốt nóng một vài mẫu hợp kim đến khoảng 600 độ C, sau đó đem nhúng vào nước. Tôi như vậy đã làm cho độ bền của hợp kim tăng lên rõ rệt, nhưng vì kết quả thử nghiệm các mẫu khác nhau lại không đồng nhất, nên Vinmơ đã tỏ ra nghi ngờ ở sự hoàn hảo của dụng cụ và độ chính xác của các phép đo.

Nhà nghiên cứu đã kiểm tra lại dụng cụ suốt mấy ngày liền. Các mẫu bị ông bỏ quên vẫn nằm trơ trọi trên bàn một thời gian, và đến khi các dụng cụ đo đã sẵn sàng trở lại làm việc thì những mẫu ấy không những đã được tôi mà còn bị bụi bám đầy nữa. Vinmơ tiếp tục cuộc thử nghiệm và đã không tin ở chính mắt mình: dụng cụ đo đã cho thấy rằng, độ bền của các mẫu tăng lên gần gấp đôi.

Nhà bác học lặp đi lặp lại các thí nghiệm của mình và mỗi lần đều thấy rõ rằng, sau khi tôi, trong những ngày tiếp theo, hợp kim vẫn tiếp tục ngày càng trở nên bền hơn. Thế là đã khám phá ra một hiện tượng lý thú - đó là sự hòa già tự nhiên của các hợp kim nhôm sau khi tôi.

Bản thân Vinmơ cũng không biết điều gì đã xảy ra với kim loại trong quá trình hóa già, nhưng sau khi dùng phương pháp thực nghiệm để chọn thành phần tối ưu của hợp kim và chế độ xử lý nhiệt, ông đã nhận được bằng phát minh và ít lâu sau ông đã bán nó cho một hãng ở Đức. Năm 1911, hãng này đã sản xuất mẻ hợp kim đầu tiên, gọi là đuraluminium (Đuren - tên thành phố lần đầu tiên sản xuất hợp kim này theo quy mô công nghiệp). Về sau, nó được gọi là đuralumin, hay là đura.

Những chiếc máy bay đầu tiên làm bằng đura đã xuất hiện năm 1919. Kể từ lúc ấy, nhôm mãi mãi gắn bó số phận của mình với ngành hàng không. Nó hoàn toàn xứng đáng được mệnh danh là “kim loại có cánh” vì đã biến những cái “giá gỗ” thô sơ thành những máy bay chuyên tuyến khổng lồ. Tuy nhiên, trong những năm đó vẫn chưa có đủ nhôm nên nhiều máy bay, chủ yếu là máy bay hạng nhẹ, vẫn tiếp tục được chế tạo bằng gỗ.

Ở Liên Xô lúc bấy giờ chỉ có Nhà máy chế biến kim loại màu ở Conchuginô sản xuất các hợp kim nhôm. Nhà máy này đã sản xuất conchugalumin - một hợp kim nhôm có thành phần và tính chất gần giống đura, song sản lượng không được nhiều. Từ hợp kim này, công trình sư hàng không trẻ tuổi A. N. Tupôlep lúc đầu dùng để chế tạo các xe trượt tuyết có chong chóng; loại xe này đã chịu đựng rất tốt những cuộc thử nghiệm trên những cánh đồng bao la đầy tuyết phủ. Sau cuộc kiểm tra ban đầu như vậy, conchugalumin đã được đưa lên không trung: năm 1924, chiếc máy bay kim loại đầu tiên “ANT - 2” của Liên Xô đã được chế tạo từ hợp kim này.

Vấn đề xây dựng một nền công nghiệp nhôm hùng mạnh đã trở nên cấp thiết. Đầu năm 1929, tại Nhà máy “Người Vưborg Đỏ” (Vưborg là một cảng trên vịnh Phần Lan, gần Lêningrat) ở Lêningrat đã tiến hành những cuộc thí nghiệm về luyện nhôm. Người lãnh đạo các cuộc thí nghiệm này là P. P. Feđôtiep - một nhà bác học có tên tuổi gắn liền với nhiều trang sử của “kim loại có cánh”. Ngày 27 tháng 3 năm 1929 đã sản xuất được 8 kg nhôm đầu tiên. Về sau, Feđôtiep đã viết: “Có thể coi thời điểm này là sự khởi đầu của ngành sản xuất nhôm ở Liên Xô với năng lượng của nhà máy thủy điện Vônkhop và hoàn toàn bằng các vật liệu tự làm ra”. Báo chí Lêningrat lúc bấy giờ đã nhận xét rằng, “thỏi nhôm đầu tiên là một báu vật bảo tàng, phải được gìn giữ như một tượng đài kỷ niệm một trong những thành tựu lớn nhất của nền kỹ thuật Xô - viết”. Sau đó, những mẫu nhôm do nhà máy “Người Vưborg Đỏ” sản xuất cùng với các sản phẩm làm bằng thứ nhôm ấy đã được những người lao động Lêningrat dâng lên Đại hội các Xô - viết toàn Liên bang lần thứ V.

Kết quả tốt đẹp của các cuộc thí nghiệm công nghiệp đã cho phép khởi công xây dựng các nhà máy luyện nhôm ở Vônkhop và ở Đniep. Năm 1932 và năm 1933, hai nhà máy này lần lượt đi vào sản xuất.

Cũng trong thời kỳ này đã phát hiện ra được những trữ lượng quặng nhôm thiên nhiên lớn ở vùng Uran. Sự việc xảy ra trước khi khám phá ra các mỏ nhôm cũng rất đáng chú ý. Năm 1931, nhà địa chất trẻ tuổi N. A. Cagiavin đã để ý đến một hiện vật vốn được coi là quặng sắt với hàm lượng sắt thấp trưng bày tại nhà bảo tàng của một xí nghiệp mỏ ở Uran. Anh rất ngạc nhiên trước sự giống nhau giữa mỏ quặng này và boxit - một loại đá sét chứa nhiều nhôm. Sau khi phân tích khoáng vật này, anh đã biết chắc rằng, thứ “quặng sắt nghèo” đó là nguyên liệu nhôm tuyệt với. Thế là người ta bắt đầu triển khai những cuộc tìm kiếm địa chất ở nơi đã tìm thấy mẩu quặng này, và chẳng bao lâu đã đạt kết quả tốt đẹp. Nhà máy luyện nhôm Uran đã được xây dựng trên cơ sở các mỏ vừa mới tìm được. Sau đó mấy năm (lúc đó đã là những năm chiến tranh) đã xây dựng Nhà máy Bogotlôpxcơ là nhà máy cho ra loạt sản phẩm đầu tiên đúng vào Ngày chiến thắng lịch sử - ngày 9 tháng 5 năm 1945.

Một điều đáng chú ý là trong những năm chiến tranh thế giới thứ hai, khi mà một số nước tham chiến lâm vào tình trạng thiếu boxit - nguyên liệu chủ yếu để sản xuất nhôm, thì nước Italia chẳng hạn đã phải lấy nhôm từ ... dung nham núi lửa Vesuvio. Cũng vào khoảng thời gian ấy, người ta đã phát hiện được những mỏ boxit lớn trên đảo Giamaica, vả lại, điều đó đã xảy ra trong hoàn cảnh khá thú vị. Một người dân trên đảo định làm ăn bằng nghề trồng cà chua. Ông đã trồng một vườn cà chua trên đồn điền của mình và chờ ngày thu hoạch. Song mọi việc diễn ra lại không trôi chảy như thế: cả vườn cà chua tàn lụi và chết một cách nhanh chóng. Ông ta lại trồng thử một lần nữa, nhưng kết quả cũng thảm hại như lần trước. Cay đắng than thở về sự bất công của số mệnh, người làm vườn bất hạnh đã quyết định tìm cho ra căn nguyên của sự thất bại. Ông đã gửi mẫu đất không lấy gì làm hào phóng lấy từ khu vườn nhà mình đến một phòng thí nghiệm ở Mỹ để phân tích và yêu cầu giải thích tại sao cà chua lại không trồng được trên loại đất này. Chẳng bao lâu, ông đã nhận được lời giải đáp, đại để như sau: “Liệu thứ đất chứa đến 99% boxit có thể nuôi dưỡng được cà chua không?”. Thế là chỉ vài năm sau trên đất Giamaica, thay cho cà chua, các xí nghiệp khai thác mỏ đã mọc lên. Hiện nay, sản phẩm của các xí nghiệp này đã đi đến các nhà máy sản xuất nhôm.

Nhu cầu về kim loại này không ngừng tăng lên. ngành hàng không vẫn là khách hàng chủ yếu của công nghiệp luyện nhôm như từ trước đến nay: nhôm chiếm vị trí hàng đầu trong số các kim loại được sử dụng để chế tạo máy bay. Với việc chinh phục vũ trụ, “kim loại có cánh” đã tìm được những “người hâm mộ” ngay cả trong số các nhà thiết kế kỹ thuật tên lửa. Vỏ của vệ tinh nhân tạo đầu tiên của Liên Xô bay quanh trái đất đã được chế tạo bằng các hợp kim nhôm. Năm 1960, Mỹ đã phóng vệ tinh “Tiếng vang-1” dùng để phản xạ tín hiệu vô tuyến. Đó là một quả cầu rất lớn, đường kính 30 mét, chế tạo bằng polime và được bọc bằng một lớp nhôm rất mỏng. Mặc dầu kích thước rất lớn nhưng vệ tinh này chỉ nặng 60 kilôgam. Các hợp kim nhôm làm việc tốt trong khoảng nhiệt độ rộng (từ độ không tuyệt đối đến 200 độ C) đã được chọn làm vật liệu kết cấu cho các thùng chứa hiđro lỏng và oxi lỏng đặt trên các tên lửa “Sao Thổ” của Mỹ.

Một lá nhôm rất tinh khiết được dùng làm màn huỳnh quang đặt trên một vệ tinh để nghiên cứu các hạt tích điện do mặt trời bắn ra. Khi các nhà du hành vũ trụ Mỹ là Neil Armstrong và Edwin Aldrin đổ bộ lên mặt trăng, họ đã trải lên bề mặt mặt trăng một lá nhôm như vậy: trong suốt hai giờ, nó đã chịu tác động của các tia do mặt trời phát ra. Từ giã mặt trăng, các nhà du hành vũ trụ lấy lại lá nhôm đó, cho cùng các mẫu đất đá lấy trên mặt trăng vào trong những cái hộp đặc biệt làm bằng nhôm để đem về trái đất.

Nhôm không những tham gia vào việc chinh phục các tầm cao vũ trụ mà còn góp sức vào việc khám phá đáy biển. Mỹ đã chế tạo chiếc tàu ngầm hải dương học “Aluminaut” có thể lặn đến độ sâu 4.600 mét. Tàu ngầm lặn cực sâu này không phải làm bằng thép như người ta tưởng, mà làm bằng nhôm.

Nhôm còn là một vị khách quý của ngành giao thông vận tải. Liên Xô đã chế tạo tàu hỏa cực nhanh; lần đầu tiên, loại tàu này chạy trên tuyến đường giữa Matxcơva và Lêningrat. Về hình dáng, con tàu này tựa như thân máy bay hiện đại và nó lướt với tốc độ của máy bay “Tu” lúc cất cánh: Ở một số đoạn đường, tốc độ của tàu đạt tới 200 kilômét trong một giờ. Các công trình sư đã đề nghị chế tạo toa tàu tốc hành bằng hợp kim nhôm. Khung toa thí nghiệm đã vượt qua được những thử thách ác liệt: người ta đã ép nó với lực rất lớn, bắt nó phải chịu lắc lư rất mạnh và nhiều “cực hình” khác nữa, song kim loại vẫn chịu đựng được tất cả. Thế là đoàn tàu màu xanh nhạt cứ việc lướt nhanh trên khắp mọi miền bao la của đất nước.

Nhôm có độ bền ăn mòn cao. Đó là nhờ một màng oxit cực mỏng xuất hiện trên bề mặt nhôm; lớp này về sau trở thành lớp vỏ bảo vệ kim loại trước sự tấn công của oxi. Nếu không có lớp vỏ bọc ấy thì nhôm sẽ cháy bùng lên trong không khí với ngọn lửa chói lòa. Lớp “áo giáp” bảo hiểm này cho phép các chi tiết bằng nhôm làm việc được hàng chục năm ngay cả trong những ngành độc hại đối với “sức khỏe” của các kim loại, chẳng hạn như ngành công nghiệp hóa học.

Các nhà bác học đã xác định được rằng, nhôm còn có một tính chất quý báu nữa: nó không phá hủy các vitamin. Vì vậy, người ta dùng nhôm để chế tạo thiết bị cho các ngành công nghiệp bơ sữa, đường, bánh kẹo, rượu bia. Không phải ngẫu nhiên mà các món ăn ngon và nước hoa quả trong khẩu phần của các nhà du hành vũ trụ đều được đựng trong các hộp bằng nhôm. Cả trên trái đất nữa, nhôm đã được mời đến làm việc thường xuyên trong các ngành công nghiệp đồ hộp, nơi mà nó thay thế rất tốt cho thứ sắt tây “cổ truyền”.

Nhôm đã chiếm được vị trí vững chắc trong cả ngành xây dựng. Ngay từ năm 1890, nhôm lần đầu tiên được sử dụng để xây dựng nhà ở tại một thành phố ở Mỹ. Mấy chục năm sau, tất cả các bộ phận làm bằng nhôm vẫn ở trạng thái tốt. Cho đến nay, mái nhà đầu tiên bằng nhôm lợp hồi cuối thế kỷ trước vẫn chưa phải sửa chữa.

Trong khu điện Cremli ở Maxcơva, Cung đại hội lộng lẫy được xây dựng toàn bằng nhôm và chất dẻo. Tại triển lãm quốc tế ở Bruxen, gian trưng bày của Liên Xô được xây dựng bằng kính và nhôm đã làm mọi người phải sửng sốt bởi vẻ đẹp của mình. Cầu cống, nhà cửa, các công trình thủy lợi, ga sân bay - đâu đâu cũng sử dụng đến kim loại kỳ diệu này. Ở tây Beclin, người ta đã xây dựng nhà thờ theo phong cách cực kỳ hiện đại với những cái cổng bằng nhôm đúc. Chính vì vậy mà những người hóm hỉnh đã gọi đó là “nhà thờ thánh nhôm”. Có tin đồn rằng, hình như chính quyền đảo Rôđot (thuộc nước Hy Lạp) dự định dùng kim loại này để làm bản sao bức tượng Người khổng lồ Rôđot - một bức tượng được dựng từ thế kỷ thứ III trước công nguyên (đây là tượng thần mặt trời, được dựng vào năm 281 - 280 trước công nguyên, đã bị đổ do một trận động đất năm 235 trước công nguyên. Nó được coi là một trong bảy kỳ quan của thế giới - N. D), để trang điểm lối vào bến cảng trên đảo Rôđot trong biển Egiê. Theo dự án thì bên trong cái đầu của kỳ quan thế giới được hồi sinh này, người ta định đặt một... quán bia.

Công nghiệp kỹ thuật điện là một lĩnh vực sử dụng quan trọng của nhôm. Từ nhôm người ta làm ra dây dẫn điện cao áp, làm cuộn dây của động cơ điện và máy biến áp, làm dây cáp, chuôi bóng đèn điện, tụ điện và nhiều linh kiện khác.

Trong ngành luyện kim, nhôm đã từ lâu được sử dụng một cách có hiệu quả làm chất khử oxi cho thép. Vụn nhôm là thành phần chủ yếu của các hỗn hợp phát nhiệt dùng trong quá trình nhiệt nhôm để chế tạo nhiều loại hợp kim.

Chỉ để liệt kê cho hết mọi lĩnh vực hoạt động của kim loại vạn năng thực sự này thì hàng chục trang sách vẫn chưa đủ. Ở đây mới chỉ đề cập đến hai lĩnh vực lý thú nhất trong số đó. Chẳng hạn, nhôm đúc được dùng để làm những chữ số to bự trên chiếc đồng hồ lớn nhất Liên Xô đang tô điểm cho tòa nhà chính của trường đại học tổng hợp quốc gia Matxcơva. Poliuretan và nhôm đã được dùng làm vật liệu cho trái tim nhân tạo đầu tiên của con người: sau cuộc phẫu thuật năm 1982, trái tim đó đã đập trong lồng ngực của Bacni Clac (người Mỹ) được vài tháng. Đúng như các nhà chuyên môn đã dự tính, năm 1983, các bánh xe bằng nhôm không có săm lốp lắp trên chiếc ô tô thuôn dài gắn động cơ phản lực đã cho phép một kỹ sự người Anh tên là Richard Noplơ trở thành người lập kỷ lục thế giới về tốc độ trên mặt đất: 1019,7 kilômet trong một giờ.

Hiện nay, nhôm còn được dùng để đóng tàu biển, thuyền buồm, để làm những đoạn đường di động cho các vùng đầm lầy và những đoạn đường để tập trượt tuyết vào mùa hè, làm những chiếc đàn vĩ cầm và ghi ta phát ra âm thanh không thua kém các nhạc cụ bằng gỗ, làm những chiếc vợt tennit và những lớp ốp tường vĩnh cửu, chế tạo động cơ ô tô và thậm chí cả ... vỏ xe tăng nữa. Có thể gặp “kim loại có cánh” ngay cả trong các bộ sưu tập của những người chơi tem: năm 1955 ở Hungari, nhân dịp kỷ niệm 20 năm ngành công nghiệp nhôm nước này, người ta đã phát hành một loại tem bưu điện khác thường, được in trên lá nhôm có bề dày 0,009 milimet. Hình vẽ trên con tem là một nhà máy luyện nhôm và một chiếc máy bay lượn trên đó. Về sau, những con tem tương tự đã xuất hiện ở các nước khác.

Vải tráng nhôm có một tính chất tuyệt vời: nó “biết” sưởi ấm và cả làm mát nữa. Những tấm rèm cửa sổ bằng vải này nếu treo cho phía kim loại hướng ra ngoài thì sẽ để cho ánh sáng đi qua nhưng lại phản xạ các tia nhiệt, nên về mùa hè nóng nực, trong phòng vẫn mát mẻ. Về mùa đông, cần phải trở mặt tấm rèm, nó sẽ trả lại nhiệt vào trong phòng. Mặc áo khoác bằng vải này, ta sẽ không sợ nóng cũng không sợ lạnh. Muốn tránh những tia mặt trời thiêu đốt, chỉ cần mặc cho mặt kim loại ra ngoài. Còn nếu trời rét thì hãy lộn áo lại, kim loại sẽ trả lại nhiệt cho cơ thể của bạn. Tiệp Khắc đã sản xuất một loại chăn tráng nhôm rất tiện lợi: dùng trong căn phòng ấm áp hay lạnh lẽo đều tốt như nhau. Loại chăn này chỉ nặng có 55 gam và nếu cuộn lại thì sẽ dễ dàng nhét gọn vào trong chiếc bao có kích thước không lớn hơn chiếc tẩu hút thuốc lá thông thường. Có thể không phải nghi ngờ nữa, rồi đây các nhà địa chất, các nhà du lịch, những người đánh cá, tóm lại là tất cả những ai phải dầu dãi nắng gió, sẽ đánh giá đúng những ưu điểm của những chiếc áo khoác và những lều trại làm bằng loại vải này. Ở những vùng nóng nực, những chiếc mũ, áo choàng và ô “bằng nhôm” sẽ rất được ưa chuộng. Bộ quần áo tráng kim loại sẽ làm cho những người thợ nấu thép ít bị hun nóng hơn. Nó cũng giúp những người lính cứu hỏa đỡ vất vả hơn trong cuộc vật lộn gay go với “giặc lửa”.

Tấm gương có đường kính sáu mét và nặng nhiều tấn của kính thiên văn lớn nhất thế giới do Liên Xô chế tạo cũng được phủ một lớp màng nhôm cực mỏng. Hướng vào vũ trụ xa thẳm, “con mắt” viễn vọng này có thể nhìn thấy ánh sáng của một ngọn nến bình thường đặt cách xa 25 ngàn kilômet. Còn các nhà bác học Mỹ thì đề nghị dùng những tấm gương khổng lồ làm bằng chất dẻo có phủ một lớp nhôm để chiếu sáng cho các thành phố vào ban đêm: nếu được các con tàu vũ trụ vận tải đưa lên một quỹ đạo dừng và được điều khiển bằng máy tính điện tử, thì những chiếc gương khổng lồ này sẽ phản chiếu ánh sáng mặt trời mạnh gấp hàng chục lần so với mặt trăng.

Một tấm nhôm mạ vàng đã lên đường viễn du trên trạm vũ trụ liên hành tinh “Người tiên phong- 2” của Mỹ: trên tấm danh thiếp này của trái đất có khắc hình tượng trưng cho hành tinh chúng ta để giới thiệu với đại biểu các nền văn minh khác.

Trong thời gian gần đây, các nhà bác học và kỹ sư rất chú ý đến việc chế tạo những loại vật liệu hoàn toàn mới - đó là các kim loại bọt. Công nghệ chế tạo nhôm bọt - đứa con đầu lòng của gia đình tuyệt diệu này, đã được hoàn thiện. Thứ vật liệu mới này vô cùng nhẹ: một xentimet khối của một số loại nhôm bọt chỉ nặng đến 0,2 gam. Li-e vốn là mẫu mực về tính nhẹ cũng không thể cạnh tranh với loại vật liệu này vì còn nặng hơn nó 25 - 30 %. Tiếp theo nhôm bọt đã xuất hiện berili bọt, titan bọt và nhiều vật liệu kỳ lạ khác.

Trong tiểu thuyết “chiến tranh giữa các thế giới” viết hồi cuối thế kỷ XIX, nhà văn viễn tưởng người Anh là Hơbec Uênx (Herbert Wells) có mô tả một cái máy mà người trên sao Hỏa dùng để sản xuất nhôm: “Từ khi mặt trời lặn đến khi rõ các vì sao, chiếc máy bay thần kỳ này đã sản xuất được hơn một trăm thanh nhôm trực tiếp từ đất sét”.

Khi mà chúng ta mới chỉ tìm hiểu mặt trăng bằng mắt thường thì một nhà nghiên cứu vũ trụ người Mỹ đã nêu lên một giả thuyết thú vị. Nhà bác học này cho rằng, mỗi hecta bề mặt mặt trăng có thể chứa tới hàng trăm tấn nhôm nguyên chất. Ông xem mặt trăng như một xí nghiệp thiên nhiên khổng lồ, trong đó, cái gọi là “gió mặt trời” (dòng proton do mặt trời phát ra) biến quặng sắt, magie, nhôm thành kim loại tinh khiết. Đến nay, giả thiết này vẫn chưa được xác nhận. Tuy nhiên, khi phân tích các mẫu đất đá do các nhà du hành vũ trụ Mỹ và các trạm tự động của Liên Xô lấy từ mặt trăng về thì thấy rằng, hàm lượng nhôm oxit trong đó khá cao. Dù sao thì cũng có một phần sự thật trong giả thuyết của nhà bác học này: trong mẫu đất đá do trạm tự động “mặt trăng - 20” lấy ở phần lục địa của nguyệt cầu - giữa biển Khủng hoảng và biển Dồi dào, đã tìm thấy ba hạt nhôm tự sinh bé xíu có kích thước vài phần mười milimet (còn trong những điều kiện của trái đất thì ngay ở dạng bé tí như vậy, dẫu có "đốt đuốc đi tìm" cũng chẳng bao giờ thấy).

Thế thì có thể cho rằng, trên sao Hỏa và trên mặt trăng, “vấn đề nhôm” đã được giải quyết. Còn trên trái đất thì sao? Còn sao nữa, ở đây moi việc đều tốt đẹp chứ sao. Mặc dù trên hành tinh của chúng ta chưa có những cái máy tương tự như của những người trên sao Hỏa, và trên mặt đất thì nhôm không lăn lóc hàng tấn, song con người trên trái đất vẫn không phải buồn phiền: thiên nhiên đã chăm lo một cách chu đáo để con người không bị thiếu thốn thứ kim loại kỳ diệu này. Nói về hàm lượng trong vỏ trái đất thì nhôm chỉ thua kém oxi và silic, còn hơn hẳn các kim loại khác.

Thiên nhiên vốn giàu có, nhưng con người phải biết tiết kiệm trong khi làm chủ những của cải mà thiên nhiên ban cho mình. Đã có không ít những dự án và những thiết bị đang hoạt động nhằm lấy lại những thành phần quý báu từ những vật phế thải mà người ta đổ vào các đống rác của thành phố. Trên thực tế, người ta dự định đặt một bộ phận nam châm điện đặc biệt trong các thiết bị như vậy để “khai thác” nhôm từ rác rưởi. Nhưng từ trường không tác động đến nhôm cơ mà. Vậy thì sao lại dùng nó để hút kim loại này? Thật ra, nếu kích thích dòng điện xoay chiều trong một vật bằng nhôm bằng cách di chuyển vật đó trong một điện trường tương ứng, thì đến một lúc nào đó, nhôm sẽ nhiễm từ. Ở trạng thái này, nhôm sẽ rơi vào “tay” của các nam châm.

Vậy là chúng ta có đủ nguyên liệu nhôm. Còn các kỹ sư và các nhà bác học thì phải lo chế tạo những thiết bị độc đáo, hoàn thiện các phương pháp sản xuất “kim loại có cánh” và tìm cho nó những lĩnh vực sử dụng mới.


Mục lục

Nhóm → 1 2 3   4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
↓ Chu kỳ
1 1
H

2
He
2 3
Li
4
Be

5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
3 11
Na
12
Mg

13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
4 19
K
20
Ca
21
Sc

22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
5 37
Rb
38
Sr
39
Y

40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
6 55
Cs
56
Ba
57
La
*
72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
7 87
Fr
88
Ra
89
Ac
**
104
Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Rg
112
Uub
113
Uut
114
Uuq
115
Uup
116
Uuh
117
Uus
118
Uuo

* Nhóm Lantan 58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
** Nhóm Actini 90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lr
Các nhóm cùng gốc trong bảng tuần hoàn
Kim loại kiềm Kim loại kiềm thổ nhóm Lantan nhóm Actini Kim loại chuyển tiếp
Kim loại yếu Á kim Phi kim Halôgen Khí trơ

Trạng thái ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn

  • Màu số nguyên tử đỏ là khí ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn
  • Màu số nguyên tử lục là chất lỏng ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn
  • Màu số nguyên tử đen là chất rắn ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn

Tỷ lệ xuất hiện tự nhiên

  • Viền liền: có đồng vị già hơn Trái Đất (chất nguyên thủy)
  • Viền gạch gạch: thường sinh ra từ phản ứng phân rã các nguyên tố khác, không có đồng vị già hơn Trái Đất
  • Viền chấm chấm: tạo ra trong phòng thí nghiệm (nguyên tố nhân tạo)
  • Không có viền: chưa tìm thấy

Liên kết đến đây

Xem thêm liên kết đến trang này.