Kể chuyện về kim loại/Ti

Kể chuyện về kim loại/Ti

“

:Con của đất

”

Ngày 18 tháng 8 năm 1964, một tên lửa vũ trụ đã bay lên trên đại lộ Hòa Bình ở Matxcơva. Con tàu không gian đó mặc dầu không đi tới mặt trăng hay sao Kim, song sứ mạng của nó thì không kém phần vinh dự: mãi mãi 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 đã 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 đã bị chính các tác giả hủy bỏ. Sau nhiều lần suy đi tính lại và sau những cuộc thử nghiệm kéo dài đã 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 hãy tìm hiểu tiểu sử của kim loại này.

Nếu như titan phải điền câu trả lời vào phiếu điều tra, thì ở mục “Anh có đổi họ lần nào không?”, nó buộc phải ghi rõ là trước năm 1795, nó được gọi là “menakin”. Một linh mục người Anh tên là Uyliam Grêgo (William Gregor) đã 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 mình, tại thị trấn Menacan trên bán đảo Cornuon, ông đã tình cờ nhặt được một khoáng vật lạ, trông giống như những hạt cát to tối mầu. Rồi từ khoáng vật này, ông đã tìm ra một nguyên tố mà trước đó chưa ai biết. Grêgo đặt tên cho khoáng vật này là Menacanit và cho nguyên tố mới tìm 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 đã 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 đã phát hiện ra cùng một nguyên tố mà từ đó tới nay mang một cái tên đầy kiêu hãnh - titan.

Phát hiện ra một nguyên tố - điều đó không có nghĩa là đã 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 đã cố gắng giải bài toán đó, nhưng sự thất bại đã chờ đón họ.

Có một thời người ta tưởng những cuộc tìm tòi của nhà hóa học người Anh là Urônlaxtơn (Wollaston) đã thành công tốt đẹp... Năm 1823, khi nghiên cứu các tinh thể tìm thấy trong xỉ lò luyện kim, ông đã đi đến kết luận rằng, chất tinh khiết đó không phải là cái gì khác mà chính là titan nguyên chất. Sau 33 năm, nhà hóa học người Đức là Vuêle đã 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 đã lầm tưởng.

Trong nhiều năm mọi người đều nghĩ rằng, nhà bác học Thụy Điển nổi tiếng là Becxêliut đã 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 đã thu nhận được thì có thể khẳng định rằng, vị thư ký suốt đời của Viện hàn lâm khoa học hoàng gia Thụy Điển đã lầm vì titan nguyên chất nhanh chóng hòa tan trong axit flohidric (khác với nhiều axit khác), còn titan của Becxêliut thì chống lại được tác dụng của axit đó.

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

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

Nhà hóa học Pháp là Muatxan (Moissan) đã tiến thêm một bước trên con đường đi đến titan nguyên chất vào năm 1895. Ông đã khử titan oxit bằng cacbon trong lò 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) đã thu được vài gam titan tương đối tinh khiết. Sự kiện này đã gây nên tiếng vang lớn ở nhiều nước. Chính vì vậy mà cho đến nay, nhiều người vẫn lầm tưởng là Hântơ chứ không phải là những người trước ông đã lần đầu tiên tách được titan ở dạng tinh khiết

Như vậy là đã điều chế được titan ở dạng nguyên chất. Tuy nhiên nó được coi là nguyên chất một cách khá gượng ép, vì nó vẫn còn 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 giòn, 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 gì cả. Tất nhiên, với bản nhận xét như vậy thì titan không thể mơ tưởng đến một công việc trọng trách. Đành phải hài lòng với những vai trò thứ yếu vậy thôi.

Ngay từ năm 1908, Roze và Batơran ở Mỹ và Farup ở Na Uy đã đề nghị sản xuất bột trắng chứ không phải tạp chất của chì 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 chì hoằc kẽm. Vả lại, bột titan trắng không độc (còn bột chì trắng thì rất độc), vì titan oxit vô hại đối với cơ thể con người. Trong y học đã xảy ra trường hợp có người đã “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 đã tìm được việc làm. Đó là titan tetraclorua mà trên đây đã 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 đã được sử dụng rộng rãi trong thời kỳ chiến tranh thế giới thứ nhất. Còn trong những năm hòa bình thì 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 lý thú hơn.

Và cuối cùng nhà bác học người Hà Lan là Van Aken (Van Arkel) và Đơ Bua (De Bur) đã 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 đã đến lúc mà quan niệm từng thịnh hành về tính giòn của titan không đứng vững nữa; bởi vì kim loại mà Van Aken và Đơ Bua điều chế được thì lại có tính dẻo rất cao: có thể rèn được nó khi nguội chẳng khác gì sắt; có thể cán nó thành lá, thành tấm, thành sợi, thậm chí thành lá cực mỏng. Ngày nay, cái tên đầy kiêu hãnh mà nguyên tố này mang không còn khiến một ai cảm thấy là một “trò mỉa mai của số phận” như trước nữa. Trước mắt nó là một con đường rộng mở để đi vào thế giới kỹ thuật.

Hình như để tỏ lòng biết ơn vì đã được giải thoát khỏi vòng tù hãm của các hợp chất, nên titan bắt đầu làm cho các nhà bác học phải sửng sốt về những tính chất kỳ diệu của mình. Chẳng hạn, người ta thấy rõ rằng, titan nhẹ hơn sắt gần hai lần nhưng lại bền hơn nhiều loại thép. Về độ bền tính theo trọng lượng thì 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, vì 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 mình ở nhiệt độ cao (đến 500 độ C, còn nếu pha thêm các nguyên tố điều chất vào thì 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 còn cứng hơn cả sắt. Giới hạn chảy của một kim loại càng cao thì các chi tiết làm bằng kim loại ấy chịu đựng tải trọng sử dụng càng tốt và giữ nguyên được hình dạng và kích thước của mình càng lâu. Giới hạn chảy của titan cao gấp năm lần so với nhôm và gần gấp ba lần so với sắt.

Không có gì đáng ngạc nhiên khi một câu hỏi được đặt ra cho các công trình sư hàng không là nên giao phó việc khắc phục chướng ngại âm thanh cho kim loại nào, thì họ đã chọn ngay titan. Ngay từ những năm 60, trên báo chí nước ngoài đã xuất hiện những dòng tin nói về việc Mỹ đã 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 đã được củng cố rõ 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 thì 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 thì kỹ thuật vũ trụ sẽ không làm nên công chuyện gì. Đặc biệt, những thùng titan để chứa oxi lỏng và hiđro lỏng đã tỏ rõ 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, còn trở nên bền vững hơn. Có lẽ titan sẽ là vật liệu kết cấu chủ yếu của các hạng mục công trình 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 đã 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 trình sư về thiết bị vũ trụ mới kính nể titan. Chẳng hạn, các kỹ sư Cộng hòa dân chủ Đức đã 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, đã nâng cao tuổi thọ của cơ cấu đồng hồ lên vài lần và còn làm tăng cả độ chính xác nữa. Nhật Bản đã 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 còn cả chiếc xe đạp thì 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 ý đến mình. Tại một nhà máy, người ta đã 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 mòn cao. Chiếc thứ nhất đã “bị ăn” sau ba ngày đêm, chiếc thứ hai chịu được mười ngày, còn chiếc thứ ba (bằng titan) thì sau nửa năm làm việc không nghỉ vẫn nguyên vẹn, không bị hư hại gì.

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

Tại cuộc triển lãm về sử dụng titan trong công nghiệp được tổ chức mấy năm trước đây ở London đã 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; còn các ống phun bằng thép không gỉ thì 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 mòn khác. Một số xí nghiệp đã 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 ròng mà không cần sửa chữa gì cả - tất cả mọi chi phí sẽ được bù lại một cách dư thừa.

Titan được sử dụng rộng rãi 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 lãnh đạo của nhà du lịch nổi tiếng Tur Heyerdahl người Na Uy, đã 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 mòn.

Trong những năm 60, các nhà bác học đã 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 mình, hay nói một cách chính xác hơn, nó lấy lại được hình dạng ban đầu của mình 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 ý 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 nhìn nhận đó. Ngày nay, luyện kim là một trong những ngành tiêu thụ titan nhiều nhất. Có thể kể ra hàng trăm nhãn 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 mòn 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 còn 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, thì khả năng khử oxi của titan cao hơn khoảng mười lần. Titan cũng có vai trò 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 mòn của thép.

Một trong những tính chất tuyệt với của titan là khả năng chống ăn mòn - 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 thì họa may chỉ còn dấu vết của nó trong trí nhớ mà thôi). Nhưng đâu phải chỉ chục năm mà thôi: các phép tính đã 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), thì đến nay, lớp ăn mòn chỉ có thể “gặm” sâu vào tấm titan vẻn vẹn có 0,02 milimet. Vì 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 gì các công trình sư hàng không và các nhà hóa học. Hãng “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 trò quan trọng.

Chính vì titan có độ bền ăn mòn cao nên những người sáng tạo đài tưởng niệm để mãi mãi ghi nhớ việc con người chinh phục không gian vũ trụ đã chọn đích danh kim loại này làm vật liệu ốp ngoài. Trong khoảng những năm đó, người ta còn dự định sử dụng titan vào một công trình 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 đã đoạt giải nhất (trong số 213 đồ án được trình bày). Đài kỷ niệm dự kiến đặt tại Quảng trường Các dân tộc ở Giơnevơ sẽ là hai vỏ sò 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 sò này, người ta sẽ nghe được giọng nói, tiếng bước chân của mình, tiếng ồn ào của thành phố, sẽ thấy các hình ảnh của mình ở tâm các vòng tròn 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 lòng khát khao của con người muốn vươn tới những tầm xa vũ trụ và những thành tựu đã đạt được trên con đường đó. Năm 1971, Liên Xô đã chuyển công trình này làm quà tặng cho Liên hợp quốc.

Năm 1980, tượng kỷ niệm Iuri Gagarin đã được dựng lên ở Maxcơva. Thân hình cao 12 mét của nhà du hành vũ trụ đầu tiên trên trái đất đặt trên đỉnh cột cao vút, mà cũng là mô hình con tàu vũ trụ “Phương Đông” đã hoàn thành chuyến bay lịch sử, đều được làm bằng titan. Không thể hình 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 tòa 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 thì rất có thể họ đã sử dụng nó làm vật liệu để xây dựng những tòa 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 trình sáng tạo tuyệt vời của họ đã phải chịu tác động hủy diệt của hàng bao thế kỷ. Thời gian đã 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 tòa nhà đã được chằng chống bằng những khung thép. Song chỉ được mấy năm, lớp gỉ đã gặm mòn kim loại, nhiều phiến đá hoa cương đã bị sụp xuống và nứt nẻ. Để cứu Acropôn khỏi bị hư hại, người ta đã quyết định thay các khung thép bằng các khung titan để khỏi bị ăn mòn.

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 đã đem theo chiếc từ kế duy nhất của họ ở trên chiếc xe trượt không nhiễm từ làm bằng titan. Đoàn thám hiểm này đã 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 quý báu. Không phải ngẫu nhiên mà nhà luyện kim nổi tiếng của Liên Xô, viện sĩ I. P. Barđin đã phấn đấu để phát triển cho kỳ được kỹ thuật luyện titan ở Liên Xô. Ông đã viết: “Ngày nay, nói đến kim loại không có nghĩa chỉ là gang và thép... Đó còn là titan - một đối thủ trẻ của sắt, hơn hẳn sắt về tất cả các đặc điểm “tính cách” của mình - vừa nhẹ, vừa bền, vừa chịu nhiệt, vừa chống ăn mòn”. Vậy thì tại sao cho đến nay, titan vẫn chưa được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp như thép hoặc nhôm chẳng hạn?

Giá cao - đó chính là điều đã kìm hãm việc sử dụng titan ở một chừng mực nào đó. Nói cho đúng thì “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, thì sau một quãng đường công nghệ dài và phức tạp mà titan phải vượt qua trong quá trình 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 vãn 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 còn đắt như các kim loại quý 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 thì trong thiên nhiên, các nguyên tố hay gặp hơn titan cũng chẳng nhiều lắm. Lượng titan có trong vỏ trái đất còn cao gấp mấy lần so với trữ lượng các kim loại như đồng, kẽm, chì, vàng, bạc, platin, crom, vonfram, thủy ngân, molipđen, bitmut, antimon, niken, thiếc cộng lại. Thế mà hiếm ư?

Tuy nhiên, về mặt nào đó thì 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 đã 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 ý 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 đã tìm thấy một thứ đá (nói chính xác hơn là một hạt cát vì nó chỉ cân nặng vài phần mười gam) mà trước đây chưa biết và đặt tên cho nó là natisit, bởi vì các thành phần chủ yếu của nó là natri, titan và silic. Ở phía bắc vùng cận Baican người ta đã tìm thấy một tinh thể tí hon của một khoáng vật mới chứa titan. Để tôn vinh nhà vật lý 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, thì 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 rìa 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 đã nêu lên giả thuyết rằng, đất đá trên mặt trăng chứa khá nhiều titan. Hiện nay, giả thuyết của ngày hôm qua đã 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 Bình Yên hoặc trong vùng đại dương Bão 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”) đã đưa về trái đất những số liệu thú vị. Họ đã 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 hình là một thành tạo dạng khí với một ngôi sao nóng ở trung tâm. Bởi vì 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 gì về điều này từ vũ trụ xa thẳm. Và thế là các khí cụ trên con tàu “Liên hợp - 13” đã xác đinh chắc chắn rằng, ở một tinh vân hành tinh còn 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 lý do gì để “kêu ca” là không có titan. Song còn 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 dòng điện hay nhiệt độ cao đều không thể tách titan ra khỏi vòng tay của oxi. Điều đó đã bắt buộc các nhà bác học phải tìm kiếm những con đường gián tiếp để điều chế titan ở dạng tự do. Năm 1940, nhà bác học người Mỹ là Kron đã 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) thì 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 đã 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 đã buộc phải dùng đèn xì và kính bảo hiểm thay cho kéo.

Trong thời đại chúng ta, hàng ngàn nhà bác học đang chú ý đến titan. Tại rất nhiều phòng thí nghiệm, các mẫu kim loại này hàng ngày phải chịu đựng những “cực hình” 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 dòng điện cao tần và siêu âm.

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

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/V
• Kể chuyện về kim loại/Cr
• Kể chuyện về kim loại/Mn
• Kể chuyện về kim loại/Fe
• Kể chuyện về kim loại/Co

Xem thêm liên kết đến trang này.