“Bạc” lấy từ đất sét

Al

Nhà viết sử cổ đại Plini Bố có kể lại một sự kiện lí 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 kỉ 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 kỉ 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 kỉ 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 Paris, 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 kì 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 hi sinh sức khỏe vì sự tiến bộ kĩ thuật nên đã khiếu nại lên chính phủ. Nhà máy đành phải chuyển đi nơi khác, lúc đầu, ra ngoại ô Paris, 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 kĩ 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 “chồng 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 kỉ 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 kỉ 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 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 kỉ.

Cuối thế kỉ 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 kĩ sư N. Giucôp, trong đó tác giả viết: “Nhôm phải chiếm vị trí nổi bật trong kĩ 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; một nghìn mét sợi này chỉ cân nặng hai mươi bảy 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 kỉ 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.