Kể chuyện về kim loại/Ni

Kể chuyện về kim loại/Ni

“

:Con quỷ đồng

”

Có lẽ không phải ai cũng biết rằng, các cụ cố lâu đời của chúng ta hồi còn trẻ trung và duyên dáng đã rất mê thích niken, và kim loại này cũng đã đền đáp lại tình cảm của họ: có người thì đeo nó như một thứ trân bảo lủng lẳng trước ngực, có người thì làm vòng xuyến đeo ở cổ tay, có người biến nó thành vành khăn để trang điểm cho mái tóc óng mượt.

Thế đấy, các bạn đừng ngạc nhiên: ngay từ đầu thế kỷ XIX, niken đã được coi là một kim loại quý. Việc khai thác niken gặp những khó khăn lớn, và số niken ít ỏi sản xuất được đã lọt vào tay những người thợ kim hoàn tân thời. Còn kỹ sư thì không hề quan tâm đến kim loại này, vì thời bấy giờ họ chưa dùng nó vào việc gì cả.

Con người đã biết đến niken từ nhiều thế kỷ trước. Chẳng hạn, ngay từ thế kỷ thứ II trước công nguyên, người Trung Hoa cổ đại đã nấu luyện được thứ hợp kim của niken với đồng và kẽm, gọi là “bạch đồng”, được nhiều nước ưa chuộng: Nó cũng từng lọt đến Bactria - một quốc gia nằm ở địa phận các nước cộng hòa trung Á thuộc Liên Xô ngày nay. Người Bactria đã dùng hợp kim này để đúc tiền. Một đồng tiền như vậy phát hành từ năm 235 trước công nguyên hiện đang được cất giữ tại viện bảo tàng Anh quốc ở London.

Với tư cách một nguyên tố hóa học, niken được phát hiện một năm 1751: nhà hóa học kiêm luyện kim người Thụy Điển tên là Acxen Fređeric Cronxtet (Axel Frederic Cronseted) đã khám phá ra nó trong khoáng vật “cupfe niken”, có nghĩa là “con quỷ đồng”. Vì những tội lỗi gì mà thứ đá này phải mang cái tên dễ sợ như vậy? Nguyên do là ở thời trung cổ, những người đào quặng ở xứ Xaxonia thường gặp một khoáng vật màu hơi đỏ. Do có màu sắc như vậy nên họ thường nhầm là quặng đồng. Một thời gian khá lâu, các nhà luyện kim đã ra sức nấu luyện thứ “quặng đồng” đó để lấy đồng, nhưng họ cũng không may mắn gì hơn các nhà giả kim thuật từng hy vọng lấy được vàng từ nước đái súc vật nhờ “hòn đá mầu nhiệm”.

Người Xaxonia đã “nát óc” vì câu hỏi: “Nguyên nhân thất bại là ở chỗ nào?” Cuối cùng, trong bọn họ có người nảy ra ý nghĩ: chẳng qua đó chỉ là mưu mô của thần Nick - vị thần núi độc ác, kẻ đã bám chặt trong thứ đá quỷ quái này và không muốn nhả một lạng đồng nào ra khỏi kho dự trữ của mình.

Có thể các nhà thông thái về sau đã luận chứng một cách khoa học về giả thuyết táo bạo này. Nhưng dẫu sao, từ đấy không ai dám nghĩ đến việc lấy đồng từ khoáng vật màu đỏ nhạt ấy nữa. Và để cho mai sau không còn ai bị cám dỗ bởi ý định hão huyền ấy, người ta đã quyết định gọi khoáng vật này là “con quỷ đồng”.

Hẳn rằng, Cronxtet không phải là người mê tín. Vì không sợ quỷ nên ông vẫn lấy được kim loại từ “con quỷ đồng” ấy, nhưng không phải là đồng mà là một nguyên tố mới nào đó được ông gọi là niken. Nhưng hình như con quỷ đã trả thù nhà bác học: các nhà hóa học không ai muốn thừa nhận niken là một nguyên tố. Mãi đến năm 1775, tức là mười năm sau khi Cronxtet qua đời, người đồng hương của ông là Torben Berman (Tobern Bergman) đã công bố những kết quả nghiên cứu của mình, trong đó tác giả đã chứng minh một cách chắc chắn rằng, niken không phải là hỗn hợp của vài nguyên tố như những người chống đối đã khẳng định, mà nó là một kim loại độc lập.

Nhưng cả sau đó nữa, các cuộc tranh cãi vẫn không lắng xuống. Phải gần ba mươi năm nữa trôi qua, nhà hóa học Đức Ieremia Richtrơ (Jeremiah Richter) mới chấm dứt được các cuộc tranh cãi ấy: năm 1804, vẫn từ “con quỷ đồng” này, ông đã tách được niken rất tinh khiết, nhưng để đạt điều đó, ông đã phải cho niken sunfat kết tinh lại 32 lần. Nhà bác học này đã đặt đầu đề cho bài báo mà trong đó ông đã mô tả niken là “Bàn về niken tinh khiết tuyệt đối - một thứ kim loại quý, cách điều chế và những tính chất của nó”. Rõ ràng là thứ kim loại khai thác được một cách khó khăn như vậy thì chỉ những người thợ kim hoàn mới có thể sử dụng được mà thôi. Lúc bấy giờ chưa thể nói đến việc sản xuất niken trên quy mô công nghiệp.

Phải chờ hơn nửa thế kỷ nữa, trong cuốn “Cơ sở của hóa học” xuất bản năm 1869 ở Petecbua, nhà tiên tri vĩ đại Đ. I. Menđelêep mới có thể khẳng định: “Nếu như sau này phát hiện ra các mỏ niken giàu có, thì kim loại này nhất định sẽ được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn cả ở trạng thái tinh khiết lẫn ở dạng các hợp kim”.

Vào khoảng thời gian đó, hay nói chính xác hơn là vào năm 1865, đã tìm được những mỏ niken rất lớn trên đảo Tân Calêđoni. Trước khi xảy ra sự kiện này ít lâu, nhà địa chất trẻ tuổi Jun Garnie (Jules Garnier) - một người có nghị lực phi thường và kiến thức uyên bác, đã được chỉ định đứng đầu sở khai khoáng ở xứ thuộc địa của Pháp này. Ông đã nhanh chóng triển khai hoạt động mạnh mẽ, hy vọng sẽ tìm được khoáng sản ở đây. Để biểu dương người Pháp cương nghị này, người ta gọi khoáng vật chứa niken ở Tân Calêđoni là garnierit.

Gần hai mươi năm sau đó, ở Canađa, khi đặt tuyến đường sắt ven Thái Bình Dương, công nhân làm đường đã gặp những thân quặng đồng - niken rất lớn.

Hai cuộc phát hiện này đã thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu để khai thác niken với quy mô công nghiệp. Cũng trong khoảng những năm đó, người ta còn phát hiện được một tính chất quan trọng nữa của kim loại này: nó làm cho chất lượng của thép được nâng lên. Thực ra thì ngay từ năm 1820, nhà bác học nổi tiếng người Anh là Maicơn Farađây (Michael Faraday) đã tiến hành một số thí nghiệm nấu luyện các thứ thép có chứa niken, nhưng lúc bấy giờ, chúng chưa hề làm cho các nhà luyện kim phải quan tâm.

Cuối thế kỷ XIX, Nhà máy của Obukhop ở Petecbua đã nhận một nhiệm vụ quan trong do bộ hải quân giao cho: nghiên cứu việc sản xuất vỏ bọc tàu thủy có chất lượng cao. Vào lúc này, tàu chiến của Anh và Pháp bọc loại vỏ mới bằng thép niken đã được các nhà chuyên môn đánh giá rất cao.

Nhà luyện kim kiêm nhà kim loại học nổi tiếng người Nga là A. A. Rjesotarxki đã nghiên cứu chế tạo vỏ thép mới cho đất nước. Chẳng bao lâu, công việc được tiến hành khẩn trương đó đã đạt kết quả tốt đẹp. Nhà máy Obukhop đã bắt đầu sản xuất vỏ thép niken. Về chất lượng, vỏ thép này không thua kém của nước ngoài, nhưng Rjesotarxki đã quyết tâm đi xa hơn nữa. Sau đó không lâu, ông đã hoàn thiện được một công nghệ mới để chế tạo vỏ thép: lớp bề mặt kim loại được xementit hóa, tức là được thấm cacbon đến mức bão hòa. Bằng cách đó đã chế tạo được vỏ thép cực kỳ bền và dai, còn lớp bề mặt có độ cứng rất cao. Ngay cả những tấm thép bọc của công ty Pháp “Schneider - Creusot” (mà trước khi xuất hiện vỏ bọc của Rjesotarxki thì sản phẩm của nó được coi là chuẩn) cũng khó cạnh tranh nổi. Bộ hải quân đã tặng thưởng người kỹ sư tài năng này một tấm huy chương vàng, còn theo công nghệ của ông, người ta bắt đầu sản xuất vỏ bọc tàu thủy cả ở các nhà máy khác nữa.

Ngay nay, thép niken được sử dụng rộng rãi vào những mục đích hòa bình. Các dụng cụ phẫu thuật, chi tiết của các thiết bị hóa học, đô dùng gia đình đã bắt đầu được sản xuất bằng thép crom - niken không gỉ.

Niken còn làm một nhiệm vụ quan trọng là tham gia vào việc chế tạo các hợp kim đa dạng với các kim loại khác. Ngay từ hồi đầu thế kỷ XIX, “bệnh dịch” đi tìm hợp kim mới có khả năng thay thế bạc để làm bát đĩa và các bộ đồ ăn uống đã lan đến các nhà luyện kim và các nhà hóa học.

Niken còn làm một nhiệm vụ quan trọng là tham gia vào việc chế tạo các hợp kim đa dạng với các kim loại khác. Ngay từ hồi đầu thế kỷ XIX, “bệnh dịch” đi tìm hợp kim mới có khả năng thay thế bạc để làm bát đĩa và các bộ đồ ăn uống đã lan đến các nhà luyện kim và các nhà hoá học.

Đóng vai trò siêu vi trùng cho “bệnh dịch” đó là một giải thưởng lớn dành cho người nào may mắn đạt được mục đích trước tiên. Mọi người liền nhớ đến hợp kim của Trung Hoa cổ xưa. Thế là gần như cùng một lúc, các nhà bác học khác nhau đã lấy thành phần của “bạch đồng” làm cơ sở và chế tạo được vài thứ hợp kim rất giống bạc. Một trong những hợp kim như vậy có tên là “argentan” (“giống như bạc”), một hợp kim khác được gọi là “noizinbơ” (“bạc mới”). Sau đó một thời gian lại xuất hiện các hợp kim mayso, anfenit và các hợp kim khác thay thế bạc mà thành phần của chúng nhất thiết phải có niken.

Những hợp kim vừa bền vừa đẹp này đã nhanh chóng chở nên phổ dụng và đi vào đời sống thường ngày. Nhưng vào năm 1916, một trong các hợp kim đó – noizinbơ - đã vấp phải những điều rắc rối lớn. Hoàng đế nước áo Franz Joseph vốn sử dụng đồ dùng ăn uống bằng hợp kim này bỗng nhiên bị ốm rồi chết. Tại sao vậy? Sự nghi ngờ đổ lên đầu “bạc mới”, và liền đó có lệnh cấm lưu hành loại bát đĩa bằng hợp kim này. Các cuộc khảo nghiệm kỹ càng đã cho phép minh oan hoàn toàn cho hợp kim vô tội này. Còn hoàng đế đã chết không đến nỗi bất ngờ lắm : ngài sống “vẻn vẹn” có 86 tuổi!

Thông thường, trước khi chế tạo được một hợp kim mới, phải trải qua những cuộc tìm tòi lâu dài, những cuộc thực nghiệm và biết bao lần thử thách. Nhưng cũng có khi, sự ra đời của một hợp kim chỉ là hoàn toàn ngẫu nhiên. Một trường hợp như thế đã xảy ra hồi đầu thế kỷ của chúng ta ở Canađa, nơi khai thác được nhiều quặng giàu niken. Khi mỗi lần chế biến quặng lại nảy sinh một bài toán chẳng dễ dàng gì đối với các nhà luyên kim : làm thế nào để tách được niken ra khỏi đồng – một kim loại cũng có mặt trong quặng với hàm lượng đáng kể? Còn nếu không tách được hai kim loại này mà cứ nấu luyện chúng cùng với nhau thì liệu có thu được hợp kim đồng – niken thiên nhiên không? Đại tá Ambro Monen (Ambrose Monell) – chủ tịch công ty niken quốc tế, đã nảy ra ý nghĩ độc đáo này. Năm 1905, ý tưởng trên đã được thực thi và hoá ra là hợp kim “ra đời bất hợp pháp” này đã có sẵn đầy đủ mọi ưu điểm : tính bền vững hoá học, độ bền và độ dẻo đều cao, “mẽ ngoài” đẹp đẽ ; hơn nữa, nó lại không đắt lắm, mà điều này thì lúc nào cũng có ý nghĩa hàng đầu trong kỹ thuật. Ngay sau đó, hợp kim monen (người ta gọi hợp kim này như vậy) đã chiếm được chỗ đứng vững chắc trong các ngành chế tạo máy móc hoá học, đóng tàu, kỹ thuật điện, công nghiệp dầu mỏ, công nghiệp y dược, công nghiệp dệt và các ngành công nghiệp khác.

Càng ngày càng có nhiều công việc mới cho các hợp kim của niken. Trong thời gian chiến tranh thế giới thứ nhất đã xảy ra những trường hợp nhiều tàu chiến chưa từng tham gia chiến trận đã buộc phải nằm tại bến dài hạn để sửa chữa. Sở dĩ tàu hỏng là do hoạt động phá hoại của nước biển : nó gặm mòn các ống chì - kẽm ở bộ phận ngưng tụ của nồi hơi tàu thuỷ. Thế là lại phải khẩn cấp tìm kiếm vật liệu thích hợp hơn cho những cái ống xấu số này.

Trong khi các nhà bác học đang ra sức tìm tòi thì chiến tranh kết thúc, nhưng vấn đề đó vẫn rất cấp thiết. Mãi tới năm 1926 mới chế tạo được thứ hợp kim đồng – niken mà ngành hàng hải không “chống chỉ định” nữa. Ba năm sau, tất cả các tàu chiến của Pháp và sau đó là hạm đội của các cường quốc khác đều được trang bị những ống ngưng tụ mới. Hiện nay, các nhà hàng hải có thể tin tưởng vững chắc rằng, các ống ấy sẽ không đưa họ đến những giây phút hiểm nguy nữa.

Ngày nay, số hợp kim niken được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật, trong đời sống và trong nghề kim hoàn đã vượt quá 3000!

Cùng với hợp kim loại monen, các hợp kim chống ăn mòn kiểu hastelloy cũng làm việc rất tốt trong các môi trường xâm thực. Các dây xoắn nicrom được sử dụng trong các dụng cụ đun nóng, trong các lò điện trở. Noizinbơ tham gia công việc của các máy móc và khí cụ khác nhau. Trong ngành cơ khí chính xác, để làm các cữ và mẫu chuẩn, người ta dùng inva là thứ hợp kim có hệ số giãn nở rất nhỏ : khi đốt nóng từ 0 độ C đến 40 độ C, thể tích của nó chỉ tăng thêm một phần triệu so với thể tích ban đầu. Hợp kim platinit dùng để thay thế kim loại platin đắt tiền trong trường hợp cần phải hàn kim loại với thủy tinh (ống tiêm, bóng đèn điện v. v...) : hệ số nở nhiệt của hợp kim này đúng như của thuỷ tinh và platin. Hợp kim đàn hồi êlinva là vật liệu tuyệt vời để làm lò xo, nhất là dây cót đồng hồ. Các hợp kim như annico, anni có từ tính cao. Hợp kim pecmalôi sau khi được sử lý cơ - nhiệt đặc biệt sẽ có độ thấm từ lớn khác thường, nó dễ nhiễm từ và khử từ ngay cả trong các từ trường yếu; hợp kim này được sự dụng trong kỹ thuật điện thoại và kỹ thuật vô tuyến. Để chế tạo các cặp nhiệt, người ta dùng các hợp kim cromen và alumen.

Các loại thép niken và hợp kim niken bền nhiệt đóng vai trò quan trọng trong ngành chế tạo máy bay và kỹ thuật vũ trụ. Khi có người đề nghị tiết lộ vài “bí quyết” của mình, một nhà kim loại học từng phát kiến được khác nhiều loại hợp kim tuyệt diệu chịu nhiệt độ cao đã trả lời một cách vui đùa : “Tôi chỉ lấy niken để thay sắt trong thép thôi”. Trong câu nói đùa này có một phần lớn sự thật. Chẳng hạn, các hợp kim bền nhiệt nimonic và incomen là họ hàng khá gần gũi của thép không gỉ chứa crom – niken, nhưng trong đó có rất ít sắt : hầu như niken đã hoàn toàn “đuổi” hết sắt. Nhờ vậy, các cánh quạt của tuabin khí và các chi tiết quan trọng khác của động cơ máy bay chế tạo bằng hợp kim này vẫn làm việc rất tốt ngay ở 1000 độ C.

Cuối những năm 60, các nhà bác học Xô - viết đã chế tạo được một hợp kim âm học mới - đó là nicosi (gọi theo các âm đầu của các thành phần trong đó :94% niken, 4% coban và 2% silic). Đặc trưng cho hợp kim này là hiệu ứng từ giảo : dưới tác động của điện từ trường biến đổi, thanh nicosi bị nén và bị căng liên tục, trở thành nguồn dao động âm thanh. Một thời gian dài, chính niken đã thực hiện vai trò này trong các bộ tạo sóng kiểu từ giảo, nhưng hợp kim này biến đổi năng lượng điện từ thành năng lượng âm thanh với hiệu suất cao gần gấp rưỡi so với niken nguyên chất. Sau khi tham gia vào việc chế tạo các nguồn siêu âm mạnh, nicosi đã khẳng định được vị trí vững chắc của mình.

Gần đây, Liên Xô đã chế tạo được một hợp kim lạ khác - đó là cromvangan. Nền của nó là niken kết hợp với crom, vanađi và gali. Từ một gam hợp kim này có thể kéo ra một kilômet dây rất mảnh như tơ nhện. Nhưng ưu điểm chủ yếu của hợp kim này không phải là ở chỗ đó : điện trở của dây cromvangan trong khoảng nhiệt từ - 60 độ C đến 200 độ C thay đổi không đến mười phần triệu, nghĩa là coi như không thay đổi. Nhờ tính chất ấy mà thứ hợp kim mới này thực sự là vật liệu vô giá để chế tạo các mẫu chuẩn, các khí cụ và thiết bị khác nhau.

Các nhà bác học Mỹ đã chế tạo được một loại vật liệu phối trí mang tên rất đẹp là “hợp kim kim cương” : nền của hợp kim chịu mài mòn này chứa tới 30 % kim cương tổng hợp dạng bụi. Những chi tiết chịu ma sát của các máy công cụ và các máy móc khác nếu được phủ một lớp vật liệu mới này thì có tuổi thọ cao hơn khoảng sáu lần so với các chi tiết bình thường.

Tuy vậy sự quan tâm lớn nhất của giới khoa học và công nghiệp lại dành cho hợp kim của niken ( 55%) với titan - đó là nitinon. Hợp kim này được tạo ra từ một phòng thí nghiệm ở Mỹ hồi đầu những năm 60, nhưng không bộc lộ ngay những tài năng của mình. Khá nhẹ, bền và dẻo, chịu được sự ăn mòn nên nó được coi là một hợp kim không xoàng, và chỉ có thế thôi. Song những người chế tạo ra nó đã tiếp tục các cuộc thực nghiệm về nó, và bỗng nhiên hợp kim này đã thể hiện một năng lực có một không hai là “nhớ” được quá khứ của mình. Điều đó đã diễn ra trong một lần thí nghiệm. Sau một sự xử lý nhất định, người ta đốt nóng sợi dây xoắn làm bằng nitinon đến 150 độ C rồi làm nguội đi, sau đó, treo vào nó một vật nặng để kéo căng nó ra và biến nó thành một sợi dây thẳng hoàn toàn. Nhưng điều kỳ diệu lại xảy ra khi người ta lại đốt nóng sợi dây này lần nữa (đốt đến 95 độ C) : biến nó trở lại thành ... sợi dây xoắn trước những cặp mắt đầy kinh ngạc của các nhà nghiên cứu.

Thí nghiệm này đã được làm đi làm lại nhiều lần và người ta đã tạo cho hợp kim này những hình dạng mỗi lúc một phức tạp hơn, song nó vẫn tiếp tục chứng minh “trí nhớ” tuyệt vời, không hề nao núng lấy lại diện mạo ban đầu của mình. Chẳng hạn, người ta đã uốn sợi dây thành chữ “nitinon”, sau đó nung nóng rồi làm nguội và đã làm cho biến dạng đến mức không còn nhận ra hình thù ban đầu nữa, nhưng chỉ cần cho một xung điện mạnh chạy qua mớ dây rối này để đốt nóng nó tức thời, thì chữ “nitinon” lại hiện ra trước mắt các nhà bác học.

Các nhà thiết kế đã tìm được cho nitinon rất nhiều lĩnh vực sử dụng. Chẳng hạn, có thể chế tạo các đinh tán bằng hợp kim này để ghép nối các kết cấu mà chỉ có thể sờ được chúng từ một phía. Trong trường hợp này, người ta “yêu cầu” nó "nhớ lại” hình dáng chiếc đinh tán thông thường, sau đó, biến một đầu cần tán của nó thành một que tròn và cắm vào lỗ tán ở nhiệt độ thấp. Bấy giờ chỉ cần nung hơi nóng đầu đinh tán, tức thì nó liền “nhớ lại” là đã từng được làm phồng lên ở cả đầu kia. Cái đinh tán như vậy sẽ siết chặt các chi tiết lại.

Một hãng ở Mỹ có liên quan với các công trình nghiên cứu vũ trụ đã chế tạo một loại anten bằng nitinon dùng cho các vệ tinh nhân tạo của trái đất. Khi cuộn lại thành một nắm chặt, nó choán chỗ rất ít trong thời gian phóng và được đặt trong một cái hốc đặc biệt. Nhưng trong vũ trụ khi tia mặt trời nung nóng hợp kim lên thì anten liền trở lại hình dáng cần thiết. Người ta cũng đề nghị ứng dụng nguyên lý này để chế tạo kính thiên văn vô tuyến với anten có đường kính hơn một kilômet.

Trong tiểu thuyết “Những chiếc bánh xe” của nhà văn Mỹ Actua Hâyli (Arthur Hailey), một trong những người lãnh đạo hãng ô tô lớn đã tâm sự về những ý nghĩ của mình: “Cái mới sẽ nhất định sẽ tự mở đường cho mình. Và những cái mới mẻ quan trọng nhất mà có thể thấy trước được sẽ liên quan đến các loại vật liệu; điều đó bắt buộc chúng tôi ... phải chế tạo một loại ô tô hoàn toàn mới. Hãy lấy các kim loại làm ví dụ... Người ta đang nghiên cứu để tạo một thứ kim loại có khả năng “nhớ” được hình dạng ban đầu của mình. Chẳng hạn, nếu bạn uốn một cái chắn bùn hoặc một cách cửa thì chỉ cần gia công chi tiết này ở nhiệt độ cao, còn kim loại sẽ tự khôi phục lại hình dáng trước đây của mình”. Các bạn có thể đoán được, đoạn này nói về nitinon.

Mấy năm trước đây, tại sân bay Lơ Buôcgie ở Pari, trong số nhiều hiện vật do Liên Xô giới thiệu, những người tham quan phòng trưng bày về ngành hàng không có thể thấy một “bắp thịt nhân tạo” đang cử động. Đó là một sợi dây nitinon được cuốn thành hình lò xo và một quả cân nho treo vào nó. Khi cho dòng điện đi qua sợi dây, lò xo này bị đốt nóng, quả cân liền bò lên phía trên. Khi ngắt dòng điện, lò xo nguội đi và quả cân lại từ từ tụt xuống.

Các nhà bác học còn chế tạo được cả một loạt hợp kim phối trí cũng có “trí nhớ” tốt. Thế là nitinon không đơn độc, song vẫn như trước đây, nó chiếm vị trí hàng đầu trong số các hợp kim không biết quên thời dĩ vãng của mình.

Mọi người đều biết niềm say mê lâu đời của niken: đối với các kim loại khác kém bền vững hơn, niken sẵn sàng bảo vệ chúng khỏi sự oxi hóa, lại vừa tạo cho chúng một vẻ bề ngoài hào nhoáng. Ánh kim loại vui mắt của những chiếc soong nồi, ấm pha cà phê, ấm xamôva - tất cả đều là những xảo thuật của niken mà nhiều đồ dùng thường ngày phải nhờ cậy bằng cách mạ một lớp mỏng kim loại này.

Lần đầu tiên vào năm 1842, nhà bác học Đức Betghe (Betger) đã thực hiện ý định sử dụng kim loại này để mạ các đồ vật. Nhưng ông không đạt được mục đích, vì lúc bấy giờ, niken còn chứa những tạp chất lạ, làm cản trở việc tạo thành lớp mạ bằng phương pháp điện phân. Từ đó về sau, kỹ thuật mạ điện đã tiến khá xa. Ngày nay, lớp màng niken rất mỏng có thể che chở cho sắt một cách vững chắc, giúp cho lượng sắt lớn khỏi bị ăn mòn.

Lớp mạ bằng niken thậm chí còn giúp ích trong việc chống ... bọn làm tiền giả. Ở Pháp đang lưu hành một đồng 5 frăng mới. Sự khác biệt chủ yếu của nó so với các đồng tiền khác là nó gồm nhiều lớp: một lớp niken được tráng lên nền mayso không có từ tính. Bây giờ thì người chủ của các máy bán hàng tự động có thể yên tâm: đồng 5 frăng có những tính chất điện - từ mà trên thực tế không thể đánh tráo nó bằng những mảnh kim loại giả mạo nào đó.

Từ lâu, các nhà bác học đã chú ý đến những khả năng xúc tác của niken. Ngay từ những năm 90 của thế kỷ trước, các nhà hóa học Pháp là Xabatio (Paul Sabatier) và Xenđeren (Saint Derain) đã say mê vấn đề điều chế cái gọi là “mỡ đông cứng” từ các loại dầu thực vật lỏng. Họ đã xác định được rằng, muốn làm được điều đó thì cần phải liên kết thêm một lượng hiđro nhất định vào phân tử dầu thực vật. Nhưng rủi thay: các nhà bác học thì cứ việc xác định còn việc liên kết thì không thể nào thực hiện được. Lúc đầu, họ chỉ đơn giản cho hiđrô “lội” qua chất béo, nhưng chất này lại không chịu tương tác với chất béo. Rồi họ lại thử pha thêm nhiều chất khác nữa, song đều vô hiệu. Chỉ đến khi các nhà hóa học dùng bột niken rất mịn làm chất xúc tác thì mới đạt được mục đích. Chất béo đông cứng điều chế bằng cách đó đã được sử dụng vào việc sản xuất macgarin. Ngày nay, niken là một trong những “nhà hoạt động” chủ yếu trong hóa học xúc tác.

Cuối thế kỷ XIX đã xảy ra một sự kiện nữa mà nhờ đó một loạt các hợp chất hóa học mới đã được phát hiện một cách hết sức bất ngờ - đó là cacbonyl của các kim loại. Trong lịch sử hóa học, niken cacbonyl là chất đầu tiên thuộc loại đó. Năm 1890, nhà hóa học kiêm nhà công nghiệp người Anh là Lutvic Mong (Ludwig Mond) đã thu được chất này một cách ngẫu nhiên khi ông cùng phụ tá của mình nghiên cứu cách khử hết tạp chất cacbon oxit ra khỏi các chất khí. Để làm việc này, ông đã cho khí cacbon oxit thổi qua niken nóng sáng. Khi thí nghiệm kết thúc, Mong nhận thấy rằng, ngọn lửa không màu của cacbon oxit thoát ra đã trở thành màu trắng. Chú ý đến hiện tượng này, các nhà nghiên cứu lại tiếp tục thí nghiệm và lần nào họ cũng nhìn thấy ngọn lửa màu trắng. Không còn phải nghi ngờ gì nữa, cacbon oxit đã tương tác với niken. Nhưng kết quả là sẽ thu được chất gì? Nhờ hỗn hợp của tuyết với muối nên đã ngưng tụ được những giọt chất lỏng nặng, không màu mà người ta gọi là niken cacbonyl.

Mong là người đầu tiên có ý định sử dụng các hợp chất cacbonyl vào thực tiễn. Ông đề nghị cho cacbon oxit tác dụng lên các chất chứa niken để làm cho niken “bốc hơi” dưới dạng cacbonyl, sau đó nung nóng cacbonyl này sẽ thu được niken nguyên chất. Hiện nay, phương pháp cacbonyl còn được sự dụng rộng rãi để sản xuất các kim loại có độ tính khiết rất cao, cũng như để tạo các lớp mạ crom, coban và niken lên bề mặt các sản phẩm.

Trong số các hợp chất khác của niken, oxit của nó có một ý nghĩa công nghiệp quan trọng. Chất này được sử dụng để sản xuất ăcquy kiềm sắt - niken mà nhà bác học danh tiếng người Mỹ là Alva Edison phát minh ra. Loại ăcquy này tuy kém ăcquy chì về sức điện động, nhưng lại nhẹ hơn, có tuổi thọ cao hơn và sử dụng đơn giản hơn.

Trong hệ thống tuần hoàn, niken đứng cạnh sắt và coban. Do rất giống nhau về nhiều mặt nên ba nguyên tố này tạo thành một “bộ ba”. Một điều thú vị là trong số tất cả các nguyên tố mà khoa học đã biết, chỉ có các thành viên của “bộ ba” này và kim loại đất hiếm gađolini mới có những tính chất sắt từ trong điều kiện bình thường. Tính “họ hàng” này gây cho các nhà luyện kim nhiều điều rắc rối: tách niken khỏi coban không phải là việc dễ dàng. Còn một cô láng giềng của niken trong bảng tuần hoàn là đồng cũng rất miễn cưỡng khi phải rời xa niken. Thông thường trong thiên nhiên, cả coban lẫn đồng đều đi kèm với niken. Tách các nguyên tố này ra khỏi nhau là một quá trình rất phức tạp gồm nhiều giai đoạn. Chính vì nguyên nhân này mà niken được coi là kim loại công nghiệp đắt nhất và khan hiếm nhất.

Trong vỏ trái đất, hàm lượng niken chưa đến một phần vạn: Nhưng đừng nghĩ rằng như vậy là ít. Giả sử người nào đó nảy ra ý định mạ niken cho hành tinh của chúng ta, thì liệu trữ lượng niken trong vỏ trái đất có đủ để làm việc đó hay không? Qua tính toán thì thấy rằng, không những đủ mà còn đủ cho hàng chục ngàn (!) “quả cầu” như thế. Còn vỏ trái đất chỉ là một lớp mỏng bên ngoài thôi, dưới vỏ đó còn có nhiều lớp chặt sít hơn nhiều, mà ở đây, theo ý kiến của các nhà bác học, hàm lượng niken còn cao hơn nhiều.

Các nhà địa chất chuyên nghề tìm kiếm khoáng sản nhiều khi phải nhờ cậy sự giúp đỡ của ... chó. Suốt trong nhiều năm, các nhà bác học viện địa chất thuộc phân viện Carelia của viện hàn lâm khoa học Liên Xô đã cùng với cán bộ viện khoáng vật học thu được nhiều kết quả trong các cuộc thực nghiệm về việc huấn luyện nghề tìm quặng cho những con vật này. Tựa như những khí cụ nhạy cảm, các giống chó becgiê (chăn cừu), fôcteria (săn chồn) và xpanien (săn chim) đã đánh hơi thấy quặng của nhiều kim loại, trong đó có niken, nằm ở độ sâu vài mét.

“Đối với thế kỷ XX, liệu phương pháp này có quá cổ sơ không?” Có thể một số độc giả nào đó sẽ nghĩ vậy. Nhưng đừng vội kết luận: vấn đề là ở chỗ trong những điều kiện của vùng đầm lầy phương bắc, các nhà địa chất đi tìm quặng quả là rất khó khăn và phí tổn cho việc này không phải rẻ. Còn những “người bạn bốn chân” thì có khả năng đi lại cao hơn, có thể xâm nhập vào những nơi mà con người không thể tới được. Bán kính hoạt động của loại “khí cụ sống” này lớn gấp hàng chục lần so với các khí cụ vật lý thường được sử dụng để tìm kiếm khoáng sản. Chó còn có một ưu điểm nữa là chúng rất thính nhạy: để “kiểm tra” hàng chục hòm chứa mẫu quặng, chó chỉ cần vài giây là xong, trong đó thì nhà địa chất thực thụ phải mất đến hàng giờ.

Các chuyên gia Canađa đã học hỏi kinh nghiệm của các nhà khoa học Liên Xô về việc sử dụng chó trong công việc thăm dò địa chất. Tại sở cảnh sát Vancuvơ, người ta đã tuyển chọn ba con chó becgie Đức, huấn luyện cho chúng nghề mới rồi cử đi “công cán” dài hạn để tìm kiếm các mỏ khoáng sản. Dưới sự chỉ đạo của các nhà địa chất giàu kinh nghiệm, chỉ sau một mùa thực địa, đàn chó đã phát hiện được một số thân quặng đồng và niken có triển vọng khai thác.

Trong số các nước tư bản, Canađa giữ vai trò chủ yếu trong việc khai thác quặng niken. Một trong những mỏ niken chủ yếu của Canađa nằm ở gần hồ Ontario. Tại xí nghiệp mỏ niken ở đây đã tiến hành một cuộc nổ mìn công nghiệp rất lớn. Việc chuẩn bị cho cuộc nổ mìn này đã kéo dài hơn một năm. Trong đá cứng, người ta đã khoan 17 ngàn lỗ mìn, chiều dài tổng cổng của chúng lên đến vài chục kilomet. Lượng thuốc nổ khổng lồ nhét vào số lỗ mìn này phải chở bằng một chuyến xe lửa gồm ba mươi toa! “Vụ nổ Mamut” (người Canađa đã gọi như vậy) đã tung lên không trung một triệu rưỡi tấn đá cứng và ba triệu rưỡi tấn quặng niken. Rất gần đây, cách hồ Manitoba của Canađa không xa đã phát hiện được những thân quặng niken rất lớn. Đạt được kết quả này là nhờ các khí cụ quan trắc trái đất đặt trên một vệ tinh nhân tạo của trái đất.

Cuối năm 1969, trên thị trường chứng khoán London đã nổi lên một sự ồn ào huyên náo chưa từng thấy: thời giá các cổ phần do công ty cổ phần “Poseidon” phát hành khi thì tăng vọt, khi thì tụt xuống rất nhanh theo sau những tin tức từ châu Úc (Australia) xa xôi đưa tới. Công ty “Poseidon” đã được thành lập ngay sau khi người ta phát hiện thấy niken trong cát ven bờ lục địa châu Úc. Lập tức ở London, kết quả các cuộc tìm kiếm tiếp tục của các nhà địa chất đã được loan báo ngay. Lúc đầu đã xuất hiện những tin nói rằng, hàm lượng niken rất cao, nên thời giá các cổ phần liền tăng vọt lên. Sau đó lại có tin đã xảy ra một sự nhầm lẫm do đặt sai dấu phẩy nên hàm lượng niken đã thông báo cao gấp mười lần, thế là chỉ vài phút sau, mọi người xô nhau bán đổ bán tháo các phiếu cổ phần của “Poseidon”, gần như là cho không. Rồi lại một tin mới nữa từ băng điện báo viễn thông đưa đến nói rằng, các số liệu ban đầu về hàm lượng niken cao là đúng, do vậy giá cổ phần lại một lần nữa tăng lên đến tột đỉnh. Hẳn là có một kẻ nào đó đã kiếm chác được không ít trong vụ này, còn trung tâm của vụ huyên náo về niken thì bây giờ đã di chuyển trực tiếp sang Australia, nơi mà việc khai thác các mỏ giàu niken nhất đã được triển khai.

Khác hẳn trái đất, nơi mà chỉ gặp niken cùng với các nguyên tố khác, trên nhiều thiên thể lại có niken nguyên chất. Niken vũ trụ đã rơi xuống hành tinh chúng ta với số lượng khá lớn. Theo ước tính của các nhà bác học, mỗi năm, cứ một kilômet vuông trên đại dương có đến 250 gam niken rơi xuống ở dạng thiên thạch. Tưởng chừng như vậy cũng không nhiều nhặn gì. Nhưng chính đại dương đã “cao tuổi”, lại có diện tích rất lớn, nên lượng niken tích lũy được cũng rất lớn. Những số liệu mới nhất do các vệ tinh nhân tạo thu thập được đã cho biết rằng, khí quyển trái đất hàng năm thu hút hơn một triệu tấn bụi vũ trụ (ngoài ra, trong thời gian xảy ra các trận “mưa rào” thiên thạch, “lớp bụi” này tăng lên hàng trăm lần), mà như chúng ta đều biết, hàm lượng niken trong bụi đó rất cao.

Có những dự án rất lý thú nhằm bổ sung trữ lượng niken của trái đất nhằm lấy ở các thiên thể. Trong không gian giữa các hành tinh, có hàng chục ngàn cái gọi là các tiểu hành tinh (asteroid) đang “dạo chơi”, mà chủ yếu chúng gồm có sắt và niken. Quỹ đạo quay của một số tiểu hành tinh không cách xa quỹ đạo của trái đất nhiều lắm, và đôi khi chúng ở khá gần hành tinh của chúng ta. Theo ý kiến của nhiều nhà bác học thì trên lý thuyết, có thể sử dụng kỹ thuật tên lửa để đưa một tiểu hành tinh đến một quỹ đạo gần trái đất, còn sau đó sẽ triển khai việc khai thác quặng sắt và niken trên đó. Có một dự án trù tính đưa một thiết bị tự động đặc biệt lên tiểu hành tinh, sau đó nhờ các lò chạy bằng năng lượng mặt trời, chúng sẽ nấu chảy vật chất của tiểu hành tinh rồi đúc thành những “thỏi” có khối lượng hàng triệu tấn. Các tên lửa sẽ đưa các thỏi này lên một quỹ đạo gần trái đất, đến đây chỉ còn việc cho kim loại đáp xuống bề mặt của trái đất một cách an toàn. Nhưng đáp xuống bằng cách nào? Chẳng hạn, người ta dự định nấu chảy kim loại trên quỹ đạo rồi bơm chất khí vào đó để tạo thành các khối kim loại bọt, sau đó sẽ cho chúng hạ xuống đại dương; ở đây, chúng sẽ nổi trên mặt nước để chờ các tàu vận tải đưa đến các nhà máy luyện kim ở ven bờ biển. Theo ước tính của các chuyên gia thì với mức tiêu thụ niken như hiện nay, mỗi kilomet khối vật chất của tiểu hành tinh sẽ bảo đảm cung cấp kim loại này cho trái đất trong khoảng 1250 năm.

Liệu những dự án táo bạo nói trên có thể trở thành sự thật được hay không? Phải chăng mới gần đây thôi, chỉ xem như một chuyến bay đầy mạo hiểm trong chuyện viễn tưởng mà ngay cả nhiều nhà bác học cũng đã không thể hình dung nổi cuộc du hành của con người vào khoảng không gian xa thẳm trong vũ trụ đấy ư?

...Câu chuyện của chúng ta về niken - kim loại mang cái tên để ghi nhớ vị thần núi độc ác, đã đến chỗ kết thúc. Có thể đến một lúc nào đó, lẽ công bằng sẽ thắng, và người ta sẽ gọi niken là “nhà pháp thuật tốt bụng”. Nhưng dẫu nó mang tên gì thì điều đó có quan trọng lắm không? Điều chủ yếu là nó mang lại những lợi ích to lớn cho con người.

Mục lục

• Kể chuyện về kim loại

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

• Kể chuyện về kim loại
• Kể chuyện về kim loại/Li
• Kể chuyện về kim loại/Be
• Kể chuyện về kim loại/Mg
• Kể chuyện về kim loại/Al
• Kể chuyện về kim loại/Ti
• Kể chuyện về kim loại/V
• Kể chuyện về kim loại/Cr
• Kể chuyện về kim loại/Mn
• Kể chuyện về kim loại/Fe

Xem thêm liên kết đến trang này.