Bạn đồng minh của sắt

Mo

Để có được món ăn ngon, người đầu bếp phải thêm vào đó nhiều gia vị. Để luyện nên thép có những tính chất quý báu, người luyện thép phải pha vào đó nhiều nguyên tố điều chất.

Mỗi thứ gia vị đều có mục đích riêng của nó. Một số thứ làm cho phẩm vị món ăn tốt hơn, một số thứ khác thì làm cho món ăn thơm ngon, loại thứ ba làm cho món ăn thêm vị chua hoặc cay cay, loại thứ tư thì... Khó mà kể hết mọi công dụng của các thứ gia vị. Nhưng kể cho hết mọi tính chất tuyệt vời mà thép có được khi ta pha thêm crom, titan, niken, vonfram, molipđen, vanađi, ziriconi và các nguyên tố khác thì còn khó hơn nữa.

Câu chuyện này kể về molipđen - một trong những người bạn đồng minh trung thành của sắt.

... Molipđen được nhà hóa học Thụy Điển là Cac Vinhem Sele (Karl Wihelm Scheele) phát hiện ra vào năm 1778. Tên của nguyên tố này có gốc ở một từ Hy Lạp “molybdos.” Chẳng có gì đáng ngạc nhiên ở chỗ, đứa trẻ sơ sinh được mang một cái tên Hy Lạp, bởi vì, nhiều nhà bác học, trước khi đặt tên cho nguyên tố mà họ phát minh, họ đã nhìn vào lịch các ngày lễ thánh Hy Lạp. Một điều đáng ngạc nhiên là nếu dịch sang tiếng Nga, thì “molybdos” có nghĩa là... “chì.” Vậy thì cái gì đã buộc nguyên tố này phải ẩn náu dưới cái tên của kẻ khác? Tại sao molipđen phải đội ơn chì về việc mượn tên?

Việc này cùng đơn giản thôi. Nguyên do là người Hy Lạp cổ xưa đã biết một khoáng vật của chì là galenit mà họ gọi là “molipđena.” Trong thiên nhiên còn có một khoáng vật khác là molipđenit giống hệt galenit như hai giọt nước. Chính sự giống nhau đó đã khiến người Hy Lạp nhầm lẫn: Họ tưởng rằng chỉ cùng một khoáng vật là molipđena mà thôi. Thời bấy giờ, các nhà bác học ở các nước khác cũng nghĩ như vậy. Chính vì thế mà sau khi phát hiện được một thứ “đất lạ” trong khoáng vật này, chẳng cần phải nghĩ ngợi lâu Sele đã gọi nó là “đất molipđena.”

Bấy giờ, cần phải tách kim loại mới ra khỏi thứ đất lạ ấy. Mặc dầu lúc này Sele đã nổi tiếng trên thế giới và là Viện sĩ của Viện hàm lâm Khoa học hoàng gia Thụy Điển, nhưng ông vẫn tiếp tục làm việc trong một phòng bào chế thuốc nhỏ bé, tại đấy, ông cũng tiến hành các cuộc nghiên cứu về hóa học của mình. Nhưng trong phòng bào chế này không có lò để nung “đất molipđena” bằng than nhằm khử nó thành kim loại. Sele nhớ lại rằng, tại xưởng đúc tiền ở Xtockholm, nơi mà một người bạn của ông là Peter Iacop Henmơ (Peter Jakob Hjelm) làm việc, có một cái lò thích hợp cho công việc này, nên ông đã nhờ bạn mình giúp đỡ. Những hi vọng của ông đã trở thành sự thật: Ngay sau đó, Henmơ đã tách được nguyên tố ở dạng bột kim loại, nhưng thực ra thì còn lẫn nhiều hợp chất cacbua.

Mãi gần bốn chục năm về sau, khi mà cả Sele lẫn Henmơ đều không còn sống nữa, người đồng hương rất có tên tuổi của họ là Becxêliut mới điều chế được molipđen tương đối tinh khiết và xác định được nhiều tính chất của nó.

Cũng giống như nhiều anh em của mình trong “Hệ thống tuần hoàn,” molipđen hoàn toàn không chịu nổi các tạp chất lạ và dường như để tỏ ý phản đối, nó thay đổi những tính chất của mình đến tận gốc. Vài chục phần triệu, thậm chí chỉ vài phần triệu oxi hoặc nitơ cũng làm cho molipđen có độ giòn cao. Chính vì vậy mà trong nhiều sách hướng dẫn về hóa học xuất bản hồi đầu thế kỉ XX, người ta đã khẳng định rằng, molipđen hầu như không chấp nhận sự gia công cơ học. Thực ra thì molipđen nguyên chất tuy có độ cứng cao nhưng vẫn là một thứ vật liệu khá dẻo, tương đối dễ cán và dễ rèn.

Dòng đầu tiên trong “sổ lao động” của molipđen được ghi cách đây đã vài trăm năm, khi mà người ta bắt đầu sử dụng khoáng vật molipđenit là bút chì để viết trên bảng đá (một điều thú vị là trong tiếng Hy Lạp, hiện nay cây bút chì vẫn được gọi là “molybdos”). Cũng như grafit, molipđenit gồm vô số những vảy mỏng mà kích thước của chúng nhỏ đến nỗi nếu xếp lớp nọ chồng lên lớp kia thì chiều cao của “ngôi nhà chọc trời” gồm một nghìn sáu trăm tầng vảy ấy chỉ bằng... một micron. Chính nhờ các vảy này nên molipđenit biết viết và vẽ: Nó để lại vết màu xám hơi xanh trên giấy.

Ngày nay, chúng ta không gặp loại bút chì bằng molipđenit nữa, vì grafit đã độc quyền làm chủ ngành công nghiệp bút chì. Nhưng molipđen đisunfua (tên hóa học của molipđenit) đã được sử dụng vào việc khác. Tuy nhiên, trước khi tìm hiểu vấn đề này, chúng ta hãy nghe kể một câu chuyển nhỏ sau đây.

Chuyện này xảy ra trên xa lộ Ximferôpon trong thời gian chạy thử nghiệm loạt ô tô “Zaporojetz.” Mọi việc đều diễn ra trôi chảy, nhưng bỗng nhiên, một chiếc xe đang chạy hết tốc lực chợt quay lật ngửa ở một chỗ hoàn toàn bằng phẳng. May thay, những người ngồi trong xe chỉ “hết hồn” thôi. Nguyên nhân sự cố vẫn là một điều bí ẩn cho đến khi người ta tháo tung chiếc xe cho đến tận từng “mẩu xương” nhỏ. Hóa ra là một trong những bánh răng của hộp chuyển động đáng lẽ phải quay tự do trên ống lót bằng thép thì lại bị bó chặt vào ống lót đó. Tất nhiên là kiểu hãm như vậy xảy ra rất đột ngột.

Để cho sau này không tái diễn những sự cố như vậy nữa, người ta phải chọn chất bôi trơn thích hợp. Thế là người ta nhớ đến molipđenit, hay nói chính xác hơn là nhớ đến khả năng bong ra thành từng vảy cực kì mỏng của nó. Chính những vảy đó là chất bôi trơn rất tốt cho các chi tiết cọ xát nhau trong hộp truyền động.

Nếu nhúng chớp nhoáng một chi tiết bằng thép vào một chất lỏng chỉ chứa có 2% molipđen đisunfua thôi thì bề mặt chi tiết sẽ được bao phủ bởi một lớp mỏng chất bôi trơn rắn rất tuyệt diệu. Tuy vậy, chất bôi trơn này lại có một kẻ thù nguy hiểm - đó là nhiệt độ cao. Khi bị nung nóng, molipđen đisunfua liền biến thành molipđen anhiđrit là chất tuy không làm hư hỏng bề mặt của chi tiết máy, nhưng đáng tiếc là nó không có những tính chất bôi trơn. Vậy làm thế nào để tránh được hiện tượng này?

Thì ra trước khi tráng lớp molipđen đisunfua, cần phải xử lí chi tiết máy trong bể phốt phát nóng. Khi đó các hạt đisunfua chui vào những lỗ rất nhỏ của lớp fotfat và trên bề mặt chi tiết hình thành một màng bôi trơn cực kì mỏng, có khả năng chịu đựng được tải trọng rất lớn - chừng vài tấn trên một centimét vuông. Những ống lót được phủ màng này đã được thử nghiệm trong các chế độ làm việc rất nặng nề, song không có trường hợp nào bị bó chặt vào trục. Từ đó, loại xe “Zaporojetz” đã chuyển bánh dọc ngang trên khắp đất nước Xô-viết mà không một cụm truyền động nào bị kẹt nữa.

Tác dụng tốt của molipđen đisunfua đối với bề mặt của thép không những chỉ ở chỗ tạo ra được lớp màng bôi trơn mà thôi: Nếu xử lí dụng cụ cắt gọt bằng molipđenit thì dụng cụ đó trở nên bền hơn và có tuổi thọ cao hơn. Khi một số ông thợ cạo biết được tính chất kì diệu này của molipđenit thì với đầu óc thực tế hơn người, họ ứng dụng ngay vào việc làm của mình.

Nhưng chúng ta hãy trở lại với molipđen. Nhờ có tính chất khó chảy và hệ số nở nhiệt thấp nên kim loại này được sử dụng rộng rãi trong kĩ thuật điện, trong điện tử học vô tuyến, trong kĩ thuật nhiệt độ cao. Những cái móc mà trên đó treo “sợi tóc” bằng vonfram trong các bóng đèn điện thông thường đều được làm bằng molipđen. Giả sử sợi tóc bằng vonfram để phát ra ánh sáng ấy được hàn trực tiếp vào lõi thủy tinh của bóng đèn thì thủy tinh sẽ dạn nứt ngay do sự nở nhiệt của vonfram, còn molipđen thì hầu như không giãn nở khi bị đốt nóng nên không gây ra tai họa cho thủy tinh. Anôt, cực lưới và nhiều chi tiết khác của đèn điện tử, của các ống phóng tia rơngen cũng được chế tạo bằng molipđen. Như một thứ vật liệu kết cấu, molipđen còn được sử dụng trong các lò phản ứng năng lượng hạt nhân. Các dây điện trở bằng molipđen tỏ ra khá tốt khi được dùng làm bộ phận nung nóng trong lò điện chân không kiểu điện trở có công suất lớn, nơi sản sinh ra nhiệt độ rất cao. Trong số các hiện vật trưng bày tại bảo tàng kĩ thuật tổng hợp Maxcơva, người xem sẽ thấy một chiếc thuyền nhỏ bằng molipđen, trong đó nuôi một tinh thể granat nhôm - ytri nhân tạo.

Mỹ đã chế tạo một loại thủy tinh rất độc đáo, “biết” thay đổi màu sắc của mình tùy theo... thời gian trong ngày. Dưới tác động của ánh sáng mặt trời, thủy tinh có màu xanh nước biển, còn khi bóng tối bao trùm thì nó lại trở nên trong suốt. Hiệu ứng này xảy ra là nhờ molipđen hoặc được pha vào thủy tinh nóng chảy hoặc được làm thành một màng mỏng đặt giữa hai lớp kính.

Các hợp kim molipđen bền nhiệt là vật liệu tuyệt vời để chế tạo các chi tiết quan trọng của tên lửa vũ trụ, của động cơ tên lửa và gờ cánh của máy bay siêu âm. Còn hợp kim comocrom gồm coban, molipđen và crom thì được sử dụng trong y học: Từ hợp kim này người ta chế tạo “phụ tùng” cho... con người. Đúng thế, hãy đừng ngạc nhiên! Comocrom chung sống dễ dàng với các mô của cơ thể người, nó được các nhà phẫu thuật sử dụng rất có hiệu quả vào việc thay thế các khớp xương bị hư hỏng.

Ở Babilon xưa kia, khi làm nhà ở, những người thợ xây đã dùng lau sậy để làm cốt cho đất, còn ở Hy Lạp cổ đại, khi xây dựng các cung điện và đền đài, người ta đã dùng thanh sắt để gia cố cho những cột đá hoa cương. Nguyên tắc này là cơ sở để tạo nên một loại vật liệu kết cấu mới, hiện đại - đó là vật liệu phối trí, vì đây là sự phối hợp của hai hoặc một số thành phần không đồng chất. Mỗi thành phần đảm nhận một phận sự riêng: Chẳng hạn, một số thì để chống sự nung nóng, chống mài mòn hoặc chống các môi trường xâm thực; một số thành phần khác thì chống sự kéo căng. Sự “phân công lao động” như vậy giúp cho nhiều kết cấu trở nên gon nhẹ được rất nhiều, mà điều đó thì rất quan trọng đối với kĩ thuật hàng không và kĩ thuật vũ trụ. Bằng cách thay đổi tỉ lệ giữa các thành phần, có thể tạo nên những vật liệu có độ bền, sức chịu nóng, mođun đàn hồi và những tính chất cần thiết khác đã định trước. Đối với nhiều kim loại dẻo (niken, coban, tita...) thì dây molipđen đóng vai trò “nòng cốt” rất tốt để nhận lấy tải trọng kéo mà các kim loại kia không đủ sức chịu đựng: Nhờ cái lõi này mà những đặc trưng về độ bền của vật liệu có thể được nâng cao lên rất nhiều.