Kể chuyện về kim loại/Ta

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

Kể chuyện về kim loại/Ta

 :Sinh trưởng trong đau khổ

Theo thần thoại Hy Lạp, vua Tantan của xứ Frygia là con của thần Zơt vốn được các vị thần yêu mến nên được hưởng một vinh dự lớn: chàng được phép tham dự các buổi hội họp và các bữa tiệc tùng của các vị thần vẫn thường diễn ra trên núi Ôlimpơ linh thiêng. Nhưng Tantan đã lạm dụng lòng yêu rất mực ấy. Đầu tiên, chàng đã tiết lộ một số quyết định bí mật của các vị thần trên núi Ôlimpơ. Sau đó, giữa lúc các vị thần đang mải mê với bữa tiệc buổi tối, chàng đã lấy cắp rượu và thức ăn trên bàn. Các thần đành nén lòng làm ngơ, ra vẻ không hề biết những tội lỗi đó. Nhưng rồi một hôm, Tantan đã tỏ ra hung tợn chưa từng thấy, lại còn hỗn xược ra mặt với các thần: sau khi mời các thần đến nhà mình chè chén, chàng đưa ra một món thịt lấy từ chính thân thể của con trai mình là Pelop mà chàng vừa giết hôm trước. Các vị chúa tể nhà trời không thể tha thứ tội lỗi đó nên đã quyết định trừng trị Tantan, bắt chàng phải mãi mãi chịu đừng các cực hình: đói, khát và sự sợ hãi.

Từ buổi ấy, chàng bị nhốt vào địa ngục, giữa dòng nước trong vắt ngập đến cổ họng. Những cành cây nặng trĩu quả chín sà xuống gần miệng chàng. Khi bị cơn khát dày vò, Tantan mở miệng ra để uống thì nước lập tức tuột khỏi môi. Chàng lại với tay đến các quả chín mọng thì gió liền đẩy cành lên, và kẻ phạm tội vốn đã kiệt sức vì đói khát nên không thể vươn tới cành cây. Lại còn một khối đá nặng treo lủng lẳng trên đầu chàng đe doạ đổ xuống lúc nào không biết.

Huyền thoại Hy Lạp kể về những “đau khổ của Tantan” như vậy đấy.

Có lẽ nhà bác học Thuỵ Điển Anđre Guxtap Ekebec (Andres Gustav Ekeberg) đã nhiều lần nhớ đến những đau khổ của nhân vật huyền thoại này khi ông tìm cách dùng axit để hoà tan thứ “đất” mới lạ mà ông đã phát hiện được vào năm 1802 từ một trong những khoáng vật của xứ Xcanđinavia. Biết bao lần tưởng như nhà bác học này đã đi đến đích, nhưng rồi ông vẫn không thể tách được kim loại mới ra khỏi “đất”. Cuối cùng, ông đành phải từ bỏ ý định “gàn dở” này, nhưng có lẽ để ghi nhớ những đau khổ của mình, ông đã quyết định gọi tên nguyên tố mới này là “tantali”.

Sau đó ít lâu mới vỡ lẽ ra rằng, tantali có một người anh em sinh đôi mà thực ra thì đã ra đời sớm hơn nó một năm, nhưng các tính chất của cậu này thì hầu như không khác gì nó cả. Đó chính là columbi do nhà bác học Anh tên là Saclơ Hatchet (Charles Hatchett) phát hiện ra năm 1801. Sự giống nhau của chúng thật đáng kinh ngạc nên nhiều nhà bác học đã nhầm lẫn chúng. Sau nhiều cuộc tranh cãi kéo dài, họ đã đi đến một kết luận sai lầm rằng, đó chính là cùng một nguyên tố tantali.

Các nhà bác học còn nhầm lẫn hơn bốn mươi năm nữa. Mãi đến năm 1844, nhà hoá học Đức Henrich Roze (Heinrich Rose) mới làm sáng tỏ được vấn đề rắc rồi này và chứng minh được rằng, columbi cũng hoàn toàn có quyền đỏi hỏi cho mình một chỗ đứng dưới ánh mặt trời như tantali. Bởi vì hai nguyên tố này có quan hệ thân thuộc với nhau nên Roze đã đặt cho columbi một cái tên mới là niobi để nhấn mạnh tính chất gia hệ của chúng (theo thần thoại Hy Lạp, nữ thần Niobi là con gái của Tantan).

Từ đó, tantali và niobi tay nắm tay nhau dấn bước trên đường đời. Mà con đường này thì đầy chông gai ...

Suốt mấy chục năm ròng, giới công nghiệp không hề tỏ ra quan tâm đến tantali. Mà nói cho đúng thì cũng chẳng làm gì có tantali bởi vì mãi đến khi nó mừng thọ một trăm tuổi, người ta mới điều chế được nó ở dạng đặc sít tinh khiết. Điều đó đã xảy ra hồi đầu thế kỷ của chúng ta – vào năm 1903. Khi đó, nghĩa là lúc được 101 tuổi đời, nó mới nhận được giấy mời ra làm việc: sau khi biết là kim loại này có tính chất khó nóng chảy, các nhà bác học đã quyết định sử dụng nó làm dây tóc bóng đèn điện. Vì không còn đề nghị gì khác nên tantali đã buộc lòng phải đồng ý, mặc dầu nó cảm thấy rằng, việc này đâu phải là sứ mệnh của mình.

Thật vậy, chẳng mấy chốc, những quy luật khắc nghiệt của sự cạnh tranh từng ngự trị trong thế giới kim loại đã tước mất việc làm của tantali. Một kim loại khác tỏ ra khó nóng chảy hơn là vonfram đã chiếm mất cái chỗ ấm áp này.

Lại đằng đẵng những năm tháng vô công rồi nghề bất đắc dĩ. Tại “Sở lao động”, người ta chỉ chuộng những kim loại nào biết đến từ lâu, hoặc đã có dịp xuất trình những bản nhận xét tuyệt vời về phẩm hạnh của mình và được các nhà vật lý học hoặc các nhà hoá học khác “chứng thực”. Lúc bấy giờ, tantali vốn ít được quen biết trong giới khoa học và kỹ thuật nên đành phải ngồi bó tay. Nhưng rồi vẫn may cũng đến: năm 1922, nó được sử dụng thành công trong các khí cụ nắn dòng điện và một năm sau – trong đèn điện tử. Lúc bấy giờ, người ta mới bắt đầu hoàn chỉnh các phương pháp công nghiệp để điều chế kim loại này.

Một điều đáng chú ý là “thỏi” tantali công nghiệp đầu tiên (bán thành phẩm, còn phải xử lý tiếp tục) thu được vào năm 1922 có kích thước không lớn hơn đầu que diêm. Trong thời gian gần đây, các nhà máy luyện tantali đôi khi sản xuất được những thỏi tantali lớn gấp hàng ngàn lần “đứa con đầu lòng”.

Tantali là một kim loại hiếm: trong vỏ trái đất, hàm lượng của nó chỉ bằng 0, 0002 %. Tuy vậy, trong thiên nhiên, có đến hơn 130 khoáng vật chứa nguyên tố này (theo lệ thường, trong các khoáng vật ấy, tantali không tách rời khỏi niobi). Trước chiến tranh thế giới thứ hai, sản lượng khai thác quặng tantali – niobi khá thấp, nhưng đến cuối cuộc chiến tranh thì đã tăng lên vài lần. Sự quan tâm ngày càng tăng đối với tantali cũng là điều dễ hiểu: đến lúc này, khoa học đã bắt đầu biết đến nhiều tính chất quý báu của nó - những tính chất không thể để cho đại biểu các lĩnh vực kỹ thuật và các đại hạt hoạt động khác nhau của con người được phép thờ ơ nữa.

Vậy thì tantali là cái gì ? Đó là một kim loại nặng, màu xám nhạt, hơi phơn phớt xanh lam lóng lánh. Về tính khó chảy (nhiệt độ nóng chảy của nó là gần 3000 độ C) thì nó chỉ thua vonfram và reni mà thôi. Ngoài độ bền và độ cứng cao, nó còn có tính dẻo tuyệt với. Tantali nguyên chất dễ gia công cơ học, dễ dập, dễ cán thành lá mỏng (có chiều dày vào khoảng vài phần trăm milimet) và dễ kéo thành sợi.

Song không phải nghi ngờ gì nữa, tính bền vững hoá học rất tuyệt vời của tantali chính là tính chất quan trọng nhất của kim loại này. Về mặt này nó chỉ thua kém các kim loại quý, nhưng cũng không phải là thua kém trong mọi trường hợp. Ngay cả trong những hoá chất xâm thực đáng sợ như nước cường toan và axit nitric đậm đặc, tantali cũng không bị hoà tan. Trong axir nitric 70 % ở 200 độ C, tantali hoàn toàn không bị ăn mòn; trong axit sunfuric ở 150 độ C, nó cũng không bị ăn mòn, còn ở 200 độ C thì nó chỉ bị ăn mòn với tốc độ 0,006 milimet trong một năm. Điều đó làm cho tantali trở thành một vật liệu kết cấu rất quý báu trong công nghiệp hoá học.

Khí cụ làm bằng tantali được sử dụng trong việc sản xuất nhiều loại axit (clohiđric, sunfuric, nitric, fotforic, axetic), các peroxit hiđro, brom, crom. Tại một xí nghiệp sử dụng khí hiđro clorua, chỉ sau hai tháng là các chi tiết làm bằng thép không gỉ đều bị hỏng hết. Nhưng chỉ cần thay thế thép bằng tantali thì ngay cả những chi tiết mỏng nhất (có chiều dày từ 0,3 đến 0,5 milimet) cũng trở nên gần như vĩnh cửu: tuổi thọ của chúng tăng lên đến hai chục năm. Chỉ có axit flohiđric mới có quyền khẳng định rằng, chính tantali phải thua nó.

Các catôt bằng tantali được sử dụng để tách vàng và bạc trong phương pháp điện phân. Ưu điểm của các catôt này thể hiện ở chỗ là nó không bị nước cường toàn làm hại, trong khi cả vàng và bạc đều bị hoà tan trong nước này.

Tantali có một tính chất có một không hai: nó có tính hoà hợp sinh học rất tốt với các mô sống, nghĩa là có khả năng “sống hoà thuận” với các mô của cơ thể người mà không gây phản ứng gì cả. Nhờ có tính chất này mà nó được sử dụng rộng rãi trong y học, chủ yếu là trong khoa phẫu thuật phục hồi để “sửa chữa” cơ thể người. Các bản mỏng kim loại này được sử dụng trong những trường hợp chấn thương sọ não. Sách báo đã có lần mô tả một trường hợp, trong đó, một vành tai giả làm bằng bản mỏng tantali và một mảnh da cắt từ đùi chuyển lên đã chung sống hoà thuận với nhau đến nỗi thật khó phân biệt tai giả với tai thật. Sợi tantali được dùng để bù cho các sợi cơ bị thiếu. Sau khi mổ, các nhà phẫu thuật thường khâu móc thành bụng bằng những cái móc tantali ; tương tự như cái móc đóng vở, móc tantali nối các mạch máu một cách chắc chắn. Khi làm mắt giả, người ta dùng lưới bằng tantali để thay võng mạc. Những sợi kim loại này cực kỳ mảnh được dùng để thay thế các sợi gân và thậm chí ngay cả các sợi thần kinh. Nếu như thành ngữ “thần kinh sắt thép” thường được dùng theo nghĩa bóng, thì ngay ngoài đường phố, có thể bạn đã nhiều lần gặp những người có “thần kinh tantali”.

Y học tuy không phải là nghề quan trọng nhất, nhưng có lẽ là nghề cao quý nhất của tantali. Quả thật là có một cái gì đó mang tính chất tượng trưng: một sứ mạng nhân đạo là giảm bớt những nỗi đau đớn khổ sở của người đời lại được đặt đúng vào thứ kim loại mang cái tên để ghi nhớ kẻ tuẫn nạn trong truyện thần thoại.

Khoảng 5 % lượng tantali sản xuất ra trên thế giới được dùng cho các nhu cầu y tế. Công nghiệp hoá học tiêu thụ gần 20 %. Khách hàng chủ yếu của kim loại này và các hợp chất của nó là các nhà luyện kim. Trong những năm gần đây, tantali ngày càng được sử dụng nhiều để làm nguyên tố điều chất trong các loại thép đặc biệt – các loại thép có độ bền cao, có khả năng chống ăn mòn và chịu đựng được nhiệt độ cao. Tác dụng của tantali đối với thép cũng tương tự như của niobi. Pha thêm các kim loại này vào thép crom chống ăn mòn thông thường sẽ làm tăng độ bền và làm giảm độ giòn của thép sau khi nung và tôi.

Một lĩnh vực sản xuất tantali rất quan trọng là sản xuất các loại hợp kim bền nhiệt mà kỹ thuật tên lửa và kỹ thuật vũ trụ càng ngày càng cần rất nhiều. Hợp kim kết cấu gồm 90 % tantali và 10 % vonfram có những tính chất tuyệt vời. Các lá hợp kim này có thể chịu đựng được tới 2500 độ C, còn các chi tiết dày dặn hơn thì chịu đưng được nhiệt độ khủng khiếp - đến 3300 độ C ! Ở nhiều nước, người ta coi hợp kim này là hoàn toàn đáng tin cậy để sản xuất vòi phun, ống xả, các khí cụ kiểm tra và điều chỉnh lưu lượng khí đốt, mép gờ và nhiều cụm chi tiết quan trọng khác của các con tàu vũ trụ. Trong trường hợp mà miệng phun của tên lửa được làm mát bằng kim loại lỏng có khả năng gây ra sự ăn mòn (liti hoặc natri), nếu không có hợp kim của tantali và vonfram thì không thể lấy gì thay thế được.

Độ bền nhiệt của các chi tiết làm bằng hợp kim tantali – vonfram còn đáng kinh ngạc hơn nữa nếu ta phủ lên chúng một lớp tantali cacbua (nhiệt độ nóng chảy của nó là 4000 độ C). Khi phóng các tên lửa thí nghiệm, miệng phun làm bằng hợp kim này đã chịu đựng nhiệt độ rất cao mà nếu không có lớp phủ thì hợp kim sẽ bị ăn mòn và phá huỷ khá nhanh.

Tantali cacbua cũng có độ cứng rất cao (gần bằng độ cứng của kim cương), nhờ vậy mà nó được sử dụng rộng rãi trong việc sản xuất các hợp kim cứng. Khi cắt gọt với tốc độ cao, kim loại nóng lên đến nỗi phoi bị dính vào dụng cụ cắt gọt – mép cắt bị quằn và sắt mẻ. Những lưới cắt được chế tạo bằng hợp kim cứng trên nền tantali cacbua thì không sợ bị sứt mẻ và dùng được rất lâu.

Nhiều đoạn ghi trong “sổ lao động” của tantali chứng tỏ một mối liên quan mật thiết của nó với dòng điện : một phần đáng kể sản lượng thế giới của kim loại này được sử dụng trong công nghiệp kỹ thuật điện và công nghiệp điện tử chân không. Các khí cụ chỉnh lưu bằng tantali được sử dụng ở các trạm tín hiệu đường sắt, ở các tổng đài điện thoại, các hệ thống tín hiệu cứu hoả. Các tụ điện tantali tí hon được sử dụng ở các trạm phát sóng vô tuyến, trong các thiết bị radar và các sơ đồ điện tử khác.

Tantali được dùng làm vật liệu cho các chi tiết khác nhau của các khí cụ điện tử chân không. Cững như niobi, tantali là một chất hấp thụ khí tuyệt vời. Chẳng hạn, ở nhiệt độ 800 độ C, một thể tích tantali có thể hấp thụ 740 thể tích khí. “Nuốt” hết phần khí còn sót lại trong các đèn điện tử, sau khi đã hút bằng bơm hút chân không, các chất hấp thụ khí bảo đảm cho chúng có độ chân không rất cao. Bộ cốt chịu nhiệt của các loại đèn điện tử - anôt, cực lưới, catôt nung nóng gián tiếp và các chi tiết bị đốt nóng khác đều được làm bằng tantali. Các loại đèn phải đảm bảo giữ được các thông số kỹ thuật chính xác khi làm việc ở nhiệt độ và áp suất cao đều rất cần tantali. Trong một số kiểu đèn chân không, tantali được sử dụng để duy trì áp suất chất khí ở một mức nhất định.

Có thể gặp dây tantali trong các linh kiện siêu dẫn dùng trong kỹ thuật tính toán.

Còn phải kể đến một nghề kỹ thuật điện nữa của tantali : nó là vật liệu tuyệt vời để chế tạo các bộ phận phóng điện trong chất khí. Kim loại này thách thức thần Zơt – thiên lôi bằng cách “giải” hết điện tích của các luồng sét mà vị thần này giáng xuống đất trong cơn thịnh nộ, dường như để tỏ tình thân ái với nhân vật thần thoại cùng tên là Tantan.

Trong ngành sản xuất tơ sợi nhân tạo, khuôn để kéo tơ sợi có các “lỗ mắt” cực kỳ nhỏ, đường kính của chúng chỉ bằng vài phần trăm milimet. Các khuôn này thường hay bị dính bẩn nên phải cọ sạch thường xuyên. Nhưng khi đó, đường kính “lỗ mắt” phải hoàn toàn không thay đổi. Tất nhiên là cần có một thứ vật liệu rất bền, chịu được mài mòn và không bị ăn mòn để làm các khuôn như vậy. Vì lẽ đó mà người ta chế tạo các chi tiết này bằng tantali – thứ kim loại đáp ứng được tất cả các nhu cầu này.

Trong thời gian gần đây, tantali đã bắt đầu thử sức mình trong cả nghề kim hoàn: nhiều khi nó thay thế rất tốt cho platin. Điều đó sẽ tiết kiệm được rất nhiều , bởi vì platin đắt hơn tantali rất nhiều lần. Tantali được bao phủ bởi một lớp màng cực mỏng có các màu sắc cầu vồng rất đẹp mắt : tính chất này đã giúp ích cho hoạt động của nó trong nghề kim hoàn. Tantali còn được dùng để làm vỏ đồng hồ, vòng xuyến và các thứ đồ trang sức khác.

Viện đo lường quốc tế ở Pháp và viện tiêu chuẩn ở Mỹ đã sử dụng tantali thay cho platin để chế tạo các bộ quả cân phân tích tiêu chuẩn có độ chính xác cao. Trong việc sản xuất mũi ngòi bút máy, tantali được dùng để thay thế iriđi – một kim loại rất đắt.

Tất nhiên, tantali khó ganh đua với platin và iriđi về giá thành, nhưng giá tantali cũng vẫn khá cao. Chủ yếu như vậy là do sự đắt đỏ của các vật liệu dùng cho việc sản xuất tantali và sự phức tạp của công nghệ chế tạo ra nó. Chỉ cần nói một điều này cũng đủ rõ: để thu được 1 tấn tinh quặng tantali, cần phải chế biến 3000 tấn quặng. Song tất cả mọi chi phí đều được bù lại một cách dư thừa.

... Những năm trẻ tuổi của tantali, khi mà nó tràn đầy sức lực và khát vọng làm việc nhưng vẫn ôm hận chịu mang tiếng là kẻ ăn bám, nay đã lùi vào lĩnh vực truyền thuyết. Trong thời đại chúng ta , như các bạn đã thấy rõ rồi đấy, kim loại này có rất nhiều việc làm. Nó còn phải hoàn thành biết bao công việc quan trọng, cần thiết và thú vị !

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.