Kể chuyện về kim loại

Mo - Bạn đồng minh của sắt

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 hy 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 kỷ 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 1600 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 kỳ 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 lý 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 kỳ mỏng, có khả năng chịu đựng được tải trọng rất lớn – chừng vài tấn trên một centimet 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 lý 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 kỳ 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 kỹ thuật điện, trong điện tử học vô tuyến, trong kỹ 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 kỹ 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 kỹ thuật hàng không và kỹ thuật vũ trụ. Bằng cách thay đổi tỷ 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, titan v. v…) 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.

Các hợp chất của molipđen có công dụng rất đa dạng. Nhờ có molipđen nên các loại men gốm sứ có khả năng bao phủ rất cao. Các chất màu chứa molipđen được sử dụng để sản xuất đồ gốm và các chất dẻo trong công nghiệp thuộc da, lông thú và công nghiệp dệt. Molipđen oxit được dùng làm chất xúc tác trong việc chưng cất dầu mỏ và trong các quá trình hóa học khác. Trong hóa học phân tích, amoni molipđat đã được sử dụng ngót một thế kỷ rưỡi nay – đó là một chất thuốc thử quan trọng, giúp các nhà hóa học xác định được hàm lượng fotfo trong quặng, trong thép, trong các hợp kim và nhiều vật liệu khác.

Như chúng ta thấy đấy, molipđen có đủ việc. Thế mà tới giờ chúng ta mới chỉ nghe nói về các công việc phụ, mà chưa được nghe một lời nào về công việc quan trọng nhất của nó. Chúng ta hãy nhớ lại là từ ngay đầu câu chuyện, molipđen đã được mệnh danh là người bạn đồng minh trung thành của sắt. Về “tình bạn” giữa sắt và molipđen này, chúng ta sẽ được nghe kể tỉ mỉ dưới đây – chính ngành luyện kim đã dùng tới ba phần tư số molipđen khai thác được trên trái đất để luyện các loại thép chuyên dụng. Ở nước Nga, loại thép chứa nguyên tố này lần đầu tiên ra lò vào năm 1886 tại nhà máy Putilop ở Petecbua. Tuy nhiên, việc sử dụng molipđen để cải thiện các tính chất của thép thì còn có lịch sử lâu hơn nhiều .

Một thời gian dài, không ai khám phá ra được điều bí mật: tại sao gươm của các võ sĩ đạo Nhật Bản lại rất sắc. Nhiều thế hệ các nhà luyện kim đã uổng công nấu luyện một thứ thép tương tự như loại mà ở đất nước mặt trời mọc hồi thế kỷ XI – XIII người ta đã dùng để rèn gươm giáo. Cuối cùng, bí quyết này đã được khám phá: trong thứ thép bí ẩn ấy, ngoài các nguyên tố khác, còn có molipđen. Nguyên tố này “tinh khôn” lắm, nó đồng thời vừa tăng độ cứng vừa tăng độ dai của thép, mà đáng lẽ ra, sự tăng độ cứng thường đi đôi với sự tăng độ giòn.

Sự kết hợp cả độ cứng và độ dai cao là điều vô cùng cần thiết đối với loại thép làm vỏ bọc chiến xa. Vỏ bọc của loại xe tăng do Anh và Pháp hợp tác chế tạo xuất hiện năm 1916 trên các chiến trường hồi chiến tranh thế giới thứ nhất đã được làm bằng thép mangan, tuy cứng nhưng lại giòn. Tiếc thay, cái áo giáp cồm cộm dày tới 75 milimet này đã bị đạn của pháo bịnh Đức chọc thủng y như chọc vào thùng bơ vậy. Nhưng chỉ cần pha thêm vào thép chừng 1,5 – 2 % molipđen thì các xe tăng ấy trở nên bất khả xâm phạm, mặc dầu chiều dày của tấm vỏ bọc đã được giảm xuống gần ba lần.

Vậy thì giải thích như thế nào về sự tái sinh kỳ diệu như vậy của lớp vỏ bọc bằng thép? Vấn đề là ở chỗ molipđen kìm hãm sự lớn lên của các hạt trong quá trình kết tinh của thép, chính vì vậy, nó làm cho thép có cấu trúc đồng nhất, mịn hạt, tạo nên những tính chất quý báu cho hợp kim. Tính giòn sau khi ram là thuộc tính của đa số các loại thép điều chất. Còn các loại thép chứa molipđen thì không mắc chứng bệnh này, nhờ vậy, chúng có thể qua nhiệt luyện mà vẫn không phát sinh ứng suất bên trong. Molipđen nâng cao rõ rệt tính thấm tôi của thép. Được điều chất bằng nguyên tố này, thép giữ được độ bền đáng kể ở nhiệt độ cao và có sức kháng chảy lớn. Vonfram cũng có ảnh hưởng tương tự như vậy đối với các tính chất của thép, nhưng tác động của molipđen chẳng hạn, đối với độ bền của thép vẫn cao hơn hẳn: 0,3 % molipđen có thể thay thế 1 % vonfram, mà vonfram thì khan hiếm hơn.

Thép molipđen không phải chỉ để làm vỏ bọc xe thiết giáp mà còn để làm nòng súng trường và nòng đại bác, làm các chi tiết máy bay và ô tô, làm các nồi hơi và tuabin, làm các dụng cụ cắt gọt và lưỡi dao cạo. Molipđen còn có tác dụng tốt đối với các tính chất của gang: nó làm cho độ bền và khả năng chống mài mòn của gang tăng lên.

Sở dĩ molipđen có khả năng điều chất rất tốt là vì nó cũng có mạng tinh thể giống như sắt. Bán kính nguyên tử của molipđen và sắt gần bằng nhau. Mà đã là họ hàng thân thích thì thường dễ thông cảm cho nhau. Tuy nhiên, molipđen không phải chỉ thân thiết với sắt mà thôi. Các hợp kim của molipđen với crom, coban, niken đều có khả năng chống axit rất tốt và được sử dụng để chế tạo khí cụ hóa học. Khả năng chống mài mòn cao là nét đặc trưng cho một số hợp kim của các nguyên tố này. Các hợp kim của molipđen với vonfram có thể thay thế platin. Để chế tạo các đầu mối tiếp xúc trong kỹ thuật điện, người ta sử dụng các hợp kim của molipđen với đồng và bạc.

Trong kỹ thuật làm lạnh, các chất khí nén, nhất là khí nitơ, được sử dụng rộng rãi. Để giữ được khí này ở trạng thái lỏng, phải có nhiệt độ rất thấp – đến âm 200 độ C. Ở nhiệt độ như vậy, các loại thép thông thường sẽ trở nên giòn như thủy tinh. Các bình chứa nitơ lỏng đều được chế tạo bằng thép chịu lạnh đặc biệt, nhưng trong một thời gian dài, loại thép đó có một nhược điểm nghiêm trọng: các mối hàn trên đó có độ bền thấp. Chỉ molipđen mới khắc phục được nhược điểm này. Trước đây, người ta pha crom vào các vật liệu làm que hàn, nhưng crom lại gây nên sự rạn nứt các rìa mối hàn. Các cuộc nghiên cứu đã cho thấy rằng, molipđen thì khác hẳn, nó ngăn chặn được sự tạo nên các vết nứt. Sau nhiều lần thí nghiệm, người ta đã tìm được thành phần tối ưu của chất pha; trong đó phải có 20 % molipđen. Bây giờ, các mối hàn cũng đủ sức chịu đựng độ lạnh – 200 độ C như chính bản thân thép làm vỏ bình vậy.

Molipđen còn giúp thép một việc đặc biệt nữa : nếu trộn bột molipđen mịn với axit ascobic (vitamin C) thì sẽ tạo thành một hỗn hợp bảo vệ được thép và các kim loại khác khỏi bị ăn mòn. Thế là, vitamin không những bổ ích cho con người mà còn bổ ích cho các cả kim loại nữa.

Trên đồng ruộng nông nghiệp, molipđen làm việc cũng rất hiệu quả. Một số nguyên tố bón cho đất đai hoặc pha vào thức ăn gia súc với lượng rất nhỏ thôi cũng đủ làm nên những điều kỳ diệu. Molipđen cũng là một nguyên tố có phép lạ như vậy. Những liều lượng cực nhỏ của nguyên tố vi lượng này sẽ góp phần nâng cao rõ rệt năng suất và cải thiện chất lượng của nhiều loại cây trồng. Các loại cây họ đậu rất ưa thích molipđen. Hạt đậu giống được xử lý bằng amoni molipđat thì dù có gieo trên đất thường cũng sẽ cho năng suất thu hoạch cao hơn một phần ba so với mức bình thường. Molipđen tập trung ở các nốt sần trong bộ rễ của các cây họ đậu, giúp chúng hấp thụ nitơ của khí quyển – một thành phần vô cùng cần thiết cho sự phát triển của thực vật. Nhờ có molipđen nên hàm lượng các anbumin, chất diệp lục và vitamin trong các mô thực vật tăng lên. Nhưng nguyên tố này hoàn toàn không ban phát ân huệ cho tất cả mọi loại thực vật: đối với một số loài cỏ dại, nó lại có tác dụng hủy diệt.

Các nhà bác học Nhật Bản ở trường đại học tổng hợp Osaka đã tiến hành các cuộc khảo nghiệm khác thường. Khi phân tích tàn còn lại của tóc cháy bằng các phương tiện cực kỳ hiện đại, họ đã đi đến kết luận rằng, màu của tóc phụ thuộc vào hàm lượng tế vi của các kim loại trong tóc. Chẳng hạn, tóc sáng màu thì chứa nhiều niken, tóc vàng thì giàu titan. Nếu những người có bộ tóc màu hung không hài lòng về bộ tóc đó, thì họ cần đề đạt nguyện vọng với molipđen: theo ý kiến của các nhà sắc tố học Nhật Bản, chính molipđen làm cho tóc có màu như vậy. Có lẽ, nếu quả thật có tồn tại một “Hội tóc hung” mà đã bị Serloc Honmes (Sherlock Holmes(nhân vật trong nhiều truyện trinh thám của nhà văn Anh Actua Conan Đoilơ (Arthur Conan Doyle) (N. D.))) vạch mặt, thì hoàn toàn có thể dùng ký hiệu của molipđen để vẽ lên biểu tượng của hội này.

Nguyên tố molipđen đã cung cấp cho nhà bác học nổi tiếng (người Anh) trong lĩnh vực sinh học phân tử, người được trao tặng giải thưởng Noben Franxit Cric (Francis Crick) và bạn đồng nghiệp của ông là giáo sư Oren (Orell) một lý do để đề xuất giả thuyết cho rằng, sự sống trên trái đất có nguồn gốc từ hành tinh khác. Như chúng ta đều biết, cơ chế di truyền của tất cả các sinh vật đều có cơ sở ở cùng một mật mã di truyền. Theo ý kiến của các nhà sinh học, sự đồng nhất như vậy chứng tỏ rằng, toàn bộ sự sống trên trái đất đã được phát triển lên từ cùng một tập đoàn vi sinh vật. Mà bởi vì molipđen – một nguyên tố tương đối ít gặp trên hành tinh của chúng ta, lại là bạn đồng hành không thể thiếu được của các quá trình sinh học, nên có thể giả định rằng, tập đoàn nguyên sơ này đã rơi từ một thiên thể khác giàu molipđen tới trái đất. Giả thuyết này rất đáng chú ý, mặc dù trong đó có khá nhiều chỗ chưa được ổn lắm.

Tiếc thay, đôi khi molipđen lại dính líu vào những việc mà hoàn toàn không thể gọi là tốt đẹp. Những cuộc nghiên cứu do các nhà khoa học Xô – viết tiến hành trong một cuộc thám hiểm biển khơi đã cho thấy mặt tiêu cực trong hoạt động của molipđen.

Cuối năm 1966, chiếc tàu “Mikhain Lơmanôxop” đã rời bến cảng Vlađivôxtoc. Con tàu nghiên cứu khoa học đặc biệt này có nhiệm vụ khảo sát các khu vực khác nhau của đại dương và xác định mức độ ô nhiễm phóng xạ của chúng. Con tàu rẽ sóng chạy trên đại dương trong nhiều tháng, và trong thời gian đó, mọi người trên tàu đều giống như những người lính biên phòng, phải thường xuyên túc trực bên các khí cụ nhạy cảm là những máy đếm Geiger, bất cứ lúc nào cũng sắn sàng phát giác sự xuất hiện của các “vị khách phóng xạ”.

Một hôm, con tàu chuẩn bị vượt qua xích đạo tại một vùng biển hoang vắng nhất của Thái Bình Dương. Bao ngày đêm ròng rã, những cánh quạt quay tít với tốc độ lớn để hút hàng ngàn mét khối khí biển rồi đưa vào các bộ phận lọc nhằm giữ lại những hạt bụi có kích thước thậm chí chỉ vài phần trăm micron. Cứ sau một khoảng thời gian nhất định, đem đốt các màng lọc cùng với bụi bặm đọng lại trên đó, rồi nhờ các khí cụ có độ nhạy cao để xác định độ phóng xạ của tro vừa tạo thành. Bỗng nhiên, các máy đếm Geiger báo hiệu: trong tro có các đồng vị phóng xạ molipđen – 99 và neođim – 147. Chúng sống không lâu lắm: chẳng hạn, chu kỳ bán hủy của molipđen – 99 là 67 giờ. Bằng các phép đo và phép tính, các nhà khoa học đã xác định được chính xác ngày giờ xuất hiện của các vị khách không mời này là ngày 28 tháng 12 năm 1966. Mà quả thật, theo thông báo của Tân Hoa Xã, ngày hôm ấy, Trung Quốc đã thử nghiệm vũ khí hạt nhân của họ. Chỉ sau vài ngày đêm, gió đã mang các mảnh vỡ phóng xạ đi xa hàng ngàn dặm.

Nói cho công bằng thì cần phải nhận thấy rằng, trong cái trò chơi với lửa đầy nguy hiểm này, molipđen chỉ đóng vai trò rất khiêm tốn. Còn trong tương lai gần đây, chúng ta có quyền hy vọng rằng, các lực lượng hòa bình sẽ phấn đấu để đi đến việc cấm hoàn toàn các cuộc thử nghiệm vũ khí hạt nhân. Khi đó molipđen sẽ hoàn toàn không tham gia vào các sự kiện không lương thiện này và chỉ hoạt động vì lợi ích của con người mà thôi. Các bạn đã thấy rõ rằng, molipđen rất cần thiết cho con người trong nhiều mục đích khác nhau và cần với khối lượng khá lớn. Vậy thì trữ lượng các nguyên tố này trên hành tinh của chúng ta là bao nhiêu ?

Phần của molipđen chỉ vẻn vẹn 0,0001 % tổng số tất cả các nguyên tố trong vỏ trái đất. Về mức độ phổ biến trong thiên nhiên thì nó chiếm vị trí khá khiêm tốn trong dãy các nguyên tố của bảng hệ thống tuần hoàn Đ. I. Menđelêep – vào khoảng thứ sáu mươi. Tuy nhiên, các mỏ kim loại này cũng thấy ở nhiều nơi trên trái đất.

Nếu như hồi đầu thế kỷ của chúng ta, lượng molipđen khai thác được mỗi năm chỉ vẻn vẹn có vài tấn, thì trong những năm chiến tranh thế giới thứ nhất, sản lượng kim loại này đã tăng gần 50 lần (vì rất cần cho vỏ xe thiết giáp). Trong thời kỳ sau chiến tranh, việc khai thác quặng molipđen đã giảm đột ngột, nhưng sau đó, khoảng từ năm 1925 trở đi, việc sản xuất kim loại này lại tăng lên và đạt đến mức cao nhất (30 ngàn tấn) vào năm 1943, tức là trong thời kỳ chiến tranh thế giới thứ hai. Vì vậy, không phải ngẫu nhiên mà người ta gọi molipđen là “kim loại quân sự”.

Trên lãnh thổ Liên Xô, một mỏ quặng molipđen rất lớn đã được phát hiện năm 1934 ở bắc Capcazơ do nữ sinh viên địa chất Vera Fliorova tìm thấy khoáng vật molipđen ở hẻm sông Bacxan. “Vera đi lang thang suốt mấy giờ liền dọc mương sói và mệt nhoài. Bỗng nhiên nỗi mệt mỏi tan biến mất. Tim cô đập liên hồi không kịp thở. Cô gái sờ đi sờ lại bề mặt sần sùi của một mảnh vỡ thạch anh, những ngón tay mảnh dẻ của cô mân mê khắp mảnh vỡ ấy và một dấu vết xanh nhạt hình mặt trăng hiện lên trên ngón tay. Cô đi thêm hai chục bước nữa rồi lại cúi xuống nhặt lên một hòn đá như vậy. Cô cầm kính lúp soi vào hòn đá có điểm những đốm kim loại. Đúng rồi, không còn nghi ngờ gì nữa: các đốm kim loại trong thạch anh chẳng phải là cái gì khác mà chính là molipđenit. Quặng molipđen đây rồi!”

Trong cuốn sách viết về Vera Fliorova, tác giả đã kể như vậy về một sự kiện từng trở thành cái mốc quan trọng trong lịch sử của nền công nghiệp về các kim loại hiếm ở Liên Xô. Hai năm sau, một xí nghiệp khai thác quặng molipđen đã được xây dựng tại nơi tìm thấy quặng. Tiếc thay, Vera không được may mắn nhìn thấy thành phố Tưrnưauz mọc lên trên núi cao mà sự ra đời của nó lại gắn bó với cô – một cô gái đáng quý, từ thủa thơ ấu đã mơ ước tìm được loại đá kỳ diệu: năm 1936, Vera đã chết một cách bi thảm trên núi. Chiếc cầu treo mà cô đã theo nó để qua sông Bacxan bị đổ nhào xuống dòng chảy cuồn cuộn của con sông miền núi. Một trong những quảng trường của Tưrnưauz và đỉnh núi nhô cao trên thành phố hiện mang tên Vera Fliorova. Trên một sườn núi ở cạnh một đường phố náo nhiệt, nổi lên một tường đài khiêm tốn. Những đám mây lững lờ và trang nghiêm trôi trên tượng đài, và xa xa, những toa xe goòng chở những loại đá diệu kỳ trượt theo những sợi cáp thép.

Quặng molipđen chủ yếu được chế biến thành feromolipđen để dùng trong việc luyện thép có chất lượng cao và chế tạo các loại hợp kim đặc biệt. Những thí nghiệm công nghiệp đầu tiên về điều chế feromolipđen đã được thực hiện hồi cuối thế kỷ XIX. Năm 1890 đã ra đời phương pháp điều chế hợp kim này bằng cách dùng molipđen oxit để khử quặng. Nhưng trên thực tế, việc sản xuất feromolipđen ở nước Nga thời Sa hoàng chỉ bó hẹp trong những thí nghiệm này mà thôi. Năm 1929, bằng phương pháp nhiệt – silic, người ta đã luyện được loại hợp kim chứa 50 – 65 % molipđen. Những thí nghiệm thành công của V. P. Eliutin hồi những năm 1930 – 1931 đã cho phép ứng dụng phương pháp này vào công nghiệp luyện kim sau này.

Nhưng không phải chi riêng các loại thép chứa molipđen, mà cả những sản phẩm làm bằng molipđen nguyên chất đều rất cần cho kỹ thuật. Thế mà suốt một thời gian dài, người ta không thể tạo được những sản phẩm như vậy. Tại sao? Từ thời xa xưa, người ta đã biết cách làm ra loại bột kim loại này tương đối nguyên chất cơ mà? Tội lỗi chính là tính khó chảy của molipđen – nó không cho phép biến bột này thành kim loại nguyên khối bằng cách nấu chảy. Cần phải tìm những con đường khác. Năm 1907, lần đầu tiên, một sợi dây bằng molipđen ra đời trong những điều kiện của phòng thí nghiệm. Để làm việc đó, người ta đã trộn bột molipđen với một chất keo hữu cơ rồi ép chất bột nhão này qua một lỗ khuôn. Sau đó, đưa sợi keo vừa ép được này đặt vào môi trường khí hiđro và cho dòng điện chạy qua sợi dây đó. Đúng như điều mong đợi, sợi dây bị nung nóng, chất hữu cơ bị cháy, còn kim loại thì chảy mềm ra và đọng lại trên sợi dây (khí hiđro dùng để giữ cho molipđen không bị oxi hóa khi bị đốt nóng).

Ba năm sau đó, người ta đã cấp bằng phát minh về việc điều chế các kim loại khó chảy, đặc biệt là molipđen, bằng phương pháp luyện kim bột – phương pháp mà hiện nay vẫn còn đang được sử dụng. Bột kim loại được ép lại rồi thiêu kết, sau đó cán hoặc kéo thành sợi. Dải hoặc sợi đó có thể sử dụng ngay trong kỹ thuật.

Ở Liên Xô, từ năm 1928 đã bắt đầu sản xuất sợi molipđen và ba năm sau thì đạt sản lượng 20 triệu mét.

Trong những năm gần đây, để sản xuất molipđen người ta đã bắt đầu sử dụng các phương pháp nấu luyện bằng lò hồ quang trong chân không, bằng chùm tia điện tử và bằng cách nung cục bộ. Nhờ các phương pháp này, công việc nấu luyện đạt được kết quả mỹ mãn hơn.

… Chúng ta đã nói rằng, trữ lượng quặng molipđen trong vỏ trái đất rất hạn chế. Vậy qua một thời gian nữa, thứ quặng này liệu có cạn kiệt không và khi đó con người sẽ lấy đâu ra thứ kim loại rất cần thiết này ?

Không sao đâu, chúng ta có thể yên tâm về số phận của con cháu mình. Đúng thế, ngoài vỏ trái đất, nước biển và đại dương chứa những lượng khổng lồ các nguyên tố khác nhau. Nếu lấy tài nguyên ở biển và chia đều cho mọi cư dân trên hành tinh này thì mỗi người chúng ta sẽ trở thành người chủ của những kho báu giàu có vô kể. Chỉ cần nói một điều này cũng đủ rõ: riêng vàng thôi, hải vương có thể lấy từ các kho tàng của mình để phân phát cho mỗi người khoảng ba tấn. Đấy, quả thật là đáy biển bằng vàng! Còn về molipđen thì mỗi người chúng ta sẽ nhận được khoảng 100 tấn.

Chỉ có điều là phải cố gắng tìm cho ra cái chìa khóa để mở những cái hòm xanh của Hải vương. Nhưng rồi sẽ tìm được. Nhất định sẽ tìm được.

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 hy 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 kỷ 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 1600 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 kỳ 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 lý 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 kỳ mỏng, có khả năng chịu đựng được tải trọng rất lớn – chừng vài tấn trên một centimet 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 lý 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 kỳ 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 kỹ thuật điện, trong điện tử học vô tuyến, trong kỹ 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 kỹ 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 kỹ thuật hàng không và kỹ thuật vũ trụ. Bằng cách thay đổi tỷ 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, titan v. v…) 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.

Các hợp chất của molipđen có công dụng rất đa dạng. Nhờ có molipđen nên các loại men gốm sứ có khả năng bao phủ rất cao. Các chất màu chứa molipđen được sử dụng để sản xuất đồ gốm và các chất dẻo trong công nghiệp thuộc da, lông thú và công nghiệp dệt. Molipđen oxit được dùng làm chất xúc tác trong việc chưng cất dầu mỏ và trong các quá trình hóa học khác. Trong hóa học phân tích, amoni molipđat đã được sử dụng ngót một thế kỷ rưỡi nay – đó là một chất thuốc thử quan trọng, giúp các nhà hóa học xác định được hàm lượng fotfo trong quặng, trong thép, trong các hợp kim và nhiều vật liệu khác.

Như chúng ta thấy đấy, molipđen có đủ việc. Thế mà tới giờ chúng ta mới chỉ nghe nói về các công việc phụ, mà chưa được nghe một lời nào về công việc quan trọng nhất của nó. Chúng ta hãy nhớ lại là từ ngay đầu câu chuyện, molipđen đã được mệnh danh là người bạn đồng minh trung thành của sắt. Về “tình bạn” giữa sắt và molipđen này, chúng ta sẽ được nghe kể tỉ mỉ dưới đây – chính ngành luyện kim đã dùng tới ba phần tư số molipđen khai thác được trên trái đất để luyện các loại thép chuyên dụng. Ở nước Nga, loại thép chứa nguyên tố này lần đầu tiên ra lò vào năm 1886 tại nhà máy Putilop ở Petecbua. Tuy nhiên, việc sử dụng molipđen để cải thiện các tính chất của thép thì còn có lịch sử lâu hơn nhiều .

Một thời gian dài, không ai khám phá ra được điều bí mật: tại sao gươm của các võ sĩ đạo Nhật Bản lại rất sắc. Nhiều thế hệ các nhà luyện kim đã uổng công nấu luyện một thứ thép tương tự như loại mà ở đất nước mặt trời mọc hồi thế kỷ XI – XIII người ta đã dùng để rèn gươm giáo. Cuối cùng, bí quyết này đã được khám phá: trong thứ thép bí ẩn ấy, ngoài các nguyên tố khác, còn có molipđen. Nguyên tố này “tinh khôn” lắm, nó đồng thời vừa tăng độ cứng vừa tăng độ dai của thép, mà đáng lẽ ra, sự tăng độ cứng thường đi đôi với sự tăng độ giòn.

Sự kết hợp cả độ cứng và độ dai cao là điều vô cùng cần thiết đối với loại thép làm vỏ bọc chiến xa. Vỏ bọc của loại xe tăng do Anh và Pháp hợp tác chế tạo xuất hiện năm 1916 trên các chiến trường hồi chiến tranh thế giới thứ nhất đã được làm bằng thép mangan, tuy cứng nhưng lại giòn. Tiếc thay, cái áo giáp cồm cộm dày tới 75 milimet này đã bị đạn của pháo bịnh Đức chọc thủng y như chọc vào thùng bơ vậy. Nhưng chỉ cần pha thêm vào thép chừng 1,5 – 2 % molipđen thì các xe tăng ấy trở nên bất khả xâm phạm, mặc dầu chiều dày của tấm vỏ bọc đã được giảm xuống gần ba lần.

Vậy thì giải thích như thế nào về sự tái sinh kỳ diệu như vậy của lớp vỏ bọc bằng thép? Vấn đề là ở chỗ molipđen kìm hãm sự lớn lên của các hạt trong quá trình kết tinh của thép, chính vì vậy, nó làm cho thép có cấu trúc đồng nhất, mịn hạt, tạo nên những tính chất quý báu cho hợp kim. Tính giòn sau khi ram là thuộc tính của đa số các loại thép điều chất. Còn các loại thép chứa molipđen thì không mắc chứng bệnh này, nhờ vậy, chúng có thể qua nhiệt luyện mà vẫn không phát sinh ứng suất bên trong. Molipđen nâng cao rõ rệt tính thấm tôi của thép. Được điều chất bằng nguyên tố này, thép giữ được độ bền đáng kể ở nhiệt độ cao và có sức kháng chảy lớn. Vonfram cũng có ảnh hưởng tương tự như vậy đối với các tính chất của thép, nhưng tác động của molipđen chẳng hạn, đối với độ bền của thép vẫn cao hơn hẳn: 0,3 % molipđen có thể thay thế 1 % vonfram, mà vonfram thì khan hiếm hơn.

Thép molipđen không phải chỉ để làm vỏ bọc xe thiết giáp mà còn để làm nòng súng trường và nòng đại bác, làm các chi tiết máy bay và ô tô, làm các nồi hơi và tuabin, làm các dụng cụ cắt gọt và lưỡi dao cạo. Molipđen còn có tác dụng tốt đối với các tính chất của gang: nó làm cho độ bền và khả năng chống mài mòn của gang tăng lên.

Sở dĩ molipđen có khả năng điều chất rất tốt là vì nó cũng có mạng tinh thể giống như sắt. Bán kính nguyên tử của molipđen và sắt gần bằng nhau. Mà đã là họ hàng thân thích thì thường dễ thông cảm cho nhau. Tuy nhiên, molipđen không phải chỉ thân thiết với sắt mà thôi. Các hợp kim của molipđen với crom, coban, niken đều có khả năng chống axit rất tốt và được sử dụng để chế tạo khí cụ hóa học. Khả năng chống mài mòn cao là nét đặc trưng cho một số hợp kim của các nguyên tố này. Các hợp kim của molipđen với vonfram có thể thay thế platin. Để chế tạo các đầu mối tiếp xúc trong kỹ thuật điện, người ta sử dụng các hợp kim của molipđen với đồng và bạc.

Trong kỹ thuật làm lạnh, các chất khí nén, nhất là khí nitơ, được sử dụng rộng rãi. Để giữ được khí này ở trạng thái lỏng, phải có nhiệt độ rất thấp – đến âm 200 độ C. Ở nhiệt độ như vậy, các loại thép thông thường sẽ trở nên giòn như thủy tinh. Các bình chứa nitơ lỏng đều được chế tạo bằng thép chịu lạnh đặc biệt, nhưng trong một thời gian dài, loại thép đó có một nhược điểm nghiêm trọng: các mối hàn trên đó có độ bền thấp. Chỉ molipđen mới khắc phục được nhược điểm này. Trước đây, người ta pha crom vào các vật liệu làm que hàn, nhưng crom lại gây nên sự rạn nứt các rìa mối hàn. Các cuộc nghiên cứu đã cho thấy rằng, molipđen thì khác hẳn, nó ngăn chặn được sự tạo nên các vết nứt. Sau nhiều lần thí nghiệm, người ta đã tìm được thành phần tối ưu của chất pha; trong đó phải có 20 % molipđen. Bây giờ, các mối hàn cũng đủ sức chịu đựng độ lạnh – 200 độ C như chính bản thân thép làm vỏ bình vậy.

Molipđen còn giúp thép một việc đặc biệt nữa : nếu trộn bột molipđen mịn với axit ascobic (vitamin C) thì sẽ tạo thành một hỗn hợp bảo vệ được thép và các kim loại khác khỏi bị ăn mòn. Thế là, vitamin không những bổ ích cho con người mà còn bổ ích cho các cả kim loại nữa.

Trên đồng ruộng nông nghiệp, molipđen làm việc cũng rất hiệu quả. Một số nguyên tố bón cho đất đai hoặc pha vào thức ăn gia súc với lượng rất nhỏ thôi cũng đủ làm nên những điều kỳ diệu. Molipđen cũng là một nguyên tố có phép lạ như vậy. Những liều lượng cực nhỏ của nguyên tố vi lượng này sẽ góp phần nâng cao rõ rệt năng suất và cải thiện chất lượng của nhiều loại cây trồng. Các loại cây họ đậu rất ưa thích molipđen. Hạt đậu giống được xử lý bằng amoni molipđat thì dù có gieo trên đất thường cũng sẽ cho năng suất thu hoạch cao hơn một phần ba so với mức bình thường. Molipđen tập trung ở các nốt sần trong bộ rễ của các cây họ đậu, giúp chúng hấp thụ nitơ của khí quyển – một thành phần vô cùng cần thiết cho sự phát triển của thực vật. Nhờ có molipđen nên hàm lượng các anbumin, chất diệp lục và vitamin trong các mô thực vật tăng lên. Nhưng nguyên tố này hoàn toàn không ban phát ân huệ cho tất cả mọi loại thực vật: đối với một số loài cỏ dại, nó lại có tác dụng hủy diệt.

Các nhà bác học Nhật Bản ở trường đại học tổng hợp Osaka đã tiến hành các cuộc khảo nghiệm khác thường. Khi phân tích tàn còn lại của tóc cháy bằng các phương tiện cực kỳ hiện đại, họ đã đi đến kết luận rằng, màu của tóc phụ thuộc vào hàm lượng tế vi của các kim loại trong tóc. Chẳng hạn, tóc sáng màu thì chứa nhiều niken, tóc vàng thì giàu titan. Nếu những người có bộ tóc màu hung không hài lòng về bộ tóc đó, thì họ cần đề đạt nguyện vọng với molipđen: theo ý kiến của các nhà sắc tố học Nhật Bản, chính molipđen làm cho tóc có màu như vậy. Có lẽ, nếu quả thật có tồn tại một “Hội tóc hung” mà đã bị Serloc Honmes (Sherlock Holmes(nhân vật trong nhiều truyện trinh thám của nhà văn Anh Actua Conan Đoilơ (Arthur Conan Doyle) (N. D.))) vạch mặt, thì hoàn toàn có thể dùng ký hiệu của molipđen để vẽ lên biểu tượng của hội này.

Nguyên tố molipđen đã cung cấp cho nhà bác học nổi tiếng (người Anh) trong lĩnh vực sinh học phân tử, người được trao tặng giải thưởng Noben Franxit Cric (Francis Crick) và bạn đồng nghiệp của ông là giáo sư Oren (Orell) một lý do để đề xuất giả thuyết cho rằng, sự sống trên trái đất có nguồn gốc từ hành tinh khác. Như chúng ta đều biết, cơ chế di truyền của tất cả các sinh vật đều có cơ sở ở cùng một mật mã di truyền. Theo ý kiến của các nhà sinh học, sự đồng nhất như vậy chứng tỏ rằng, toàn bộ sự sống trên trái đất đã được phát triển lên từ cùng một tập đoàn vi sinh vật. Mà bởi vì molipđen – một nguyên tố tương đối ít gặp trên hành tinh của chúng ta, lại là bạn đồng hành không thể thiếu được của các quá trình sinh học, nên có thể giả định rằng, tập đoàn nguyên sơ này đã rơi từ một thiên thể khác giàu molipđen tới trái đất. Giả thuyết này rất đáng chú ý, mặc dù trong đó có khá nhiều chỗ chưa được ổn lắm.

Tiếc thay, đôi khi molipđen lại dính líu vào những việc mà hoàn toàn không thể gọi là tốt đẹp. Những cuộc nghiên cứu do các nhà khoa học Xô – viết tiến hành trong một cuộc thám hiểm biển khơi đã cho thấy mặt tiêu cực trong hoạt động của molipđen.

Cuối năm 1966, chiếc tàu “Mikhain Lơmanôxop” đã rời bến cảng Vlađivôxtoc. Con tàu nghiên cứu khoa học đặc biệt này có nhiệm vụ khảo sát các khu vực khác nhau của đại dương và xác định mức độ ô nhiễm phóng xạ của chúng. Con tàu rẽ sóng chạy trên đại dương trong nhiều tháng, và trong thời gian đó, mọi người trên tàu đều giống như những người lính biên phòng, phải thường xuyên túc trực bên các khí cụ nhạy cảm là những máy đếm Geiger, bất cứ lúc nào cũng sắn sàng phát giác sự xuất hiện của các “vị khách phóng xạ”.

Một hôm, con tàu chuẩn bị vượt qua xích đạo tại một vùng biển hoang vắng nhất của Thái Bình Dương. Bao ngày đêm ròng rã, những cánh quạt quay tít với tốc độ lớn để hút hàng ngàn mét khối khí biển rồi đưa vào các bộ phận lọc nhằm giữ lại những hạt bụi có kích thước thậm chí chỉ vài phần trăm micron. Cứ sau một khoảng thời gian nhất định, đem đốt các màng lọc cùng với bụi bặm đọng lại trên đó, rồi nhờ các khí cụ có độ nhạy cao để xác định độ phóng xạ của tro vừa tạo thành. Bỗng nhiên, các máy đếm Geiger báo hiệu: trong tro có các đồng vị phóng xạ molipđen – 99 và neođim – 147. Chúng sống không lâu lắm: chẳng hạn, chu kỳ bán hủy của molipđen – 99 là 67 giờ. Bằng các phép đo và phép tính, các nhà khoa học đã xác định được chính xác ngày giờ xuất hiện của các vị khách không mời này là ngày 28 tháng 12 năm 1966. Mà quả thật, theo thông báo của Tân Hoa Xã, ngày hôm ấy, Trung Quốc đã thử nghiệm vũ khí hạt nhân của họ. Chỉ sau vài ngày đêm, gió đã mang các mảnh vỡ phóng xạ đi xa hàng ngàn dặm.

Nói cho công bằng thì cần phải nhận thấy rằng, trong cái trò chơi với lửa đầy nguy hiểm này, molipđen chỉ đóng vai trò rất khiêm tốn. Còn trong tương lai gần đây, chúng ta có quyền hy vọng rằng, các lực lượng hòa bình sẽ phấn đấu để đi đến việc cấm hoàn toàn các cuộc thử nghiệm vũ khí hạt nhân. Khi đó molipđen sẽ hoàn toàn không tham gia vào các sự kiện không lương thiện này và chỉ hoạt động vì lợi ích của con người mà thôi. Các bạn đã thấy rõ rằng, molipđen rất cần thiết cho con người trong nhiều mục đích khác nhau và cần với khối lượng khá lớn. Vậy thì trữ lượng các nguyên tố này trên hành tinh của chúng ta là bao nhiêu ?

Phần của molipđen chỉ vẻn vẹn 0,0001 % tổng số tất cả các nguyên tố trong vỏ trái đất. Về mức độ phổ biến trong thiên nhiên thì nó chiếm vị trí khá khiêm tốn trong dãy các nguyên tố của bảng hệ thống tuần hoàn Đ. I. Menđelêep – vào khoảng thứ sáu mươi. Tuy nhiên, các mỏ kim loại này cũng thấy ở nhiều nơi trên trái đất.

Nếu như hồi đầu thế kỷ của chúng ta, lượng molipđen khai thác được mỗi năm chỉ vẻn vẹn có vài tấn, thì trong những năm chiến tranh thế giới thứ nhất, sản lượng kim loại này đã tăng gần 50 lần (vì rất cần cho vỏ xe thiết giáp). Trong thời kỳ sau chiến tranh, việc khai thác quặng molipđen đã giảm đột ngột, nhưng sau đó, khoảng từ năm 1925 trở đi, việc sản xuất kim loại này lại tăng lên và đạt đến mức cao nhất (30 ngàn tấn) vào năm 1943, tức là trong thời kỳ chiến tranh thế giới thứ hai. Vì vậy, không phải ngẫu nhiên mà người ta gọi molipđen là “kim loại quân sự”.

Trên lãnh thổ Liên Xô, một mỏ quặng molipđen rất lớn đã được phát hiện năm 1934 ở bắc Capcazơ do nữ sinh viên địa chất Vera Fliorova tìm thấy khoáng vật molipđen ở hẻm sông Bacxan. “Vera đi lang thang suốt mấy giờ liền dọc mương sói và mệt nhoài. Bỗng nhiên nỗi mệt mỏi tan biến mất. Tim cô đập liên hồi không kịp thở. Cô gái sờ đi sờ lại bề mặt sần sùi của một mảnh vỡ thạch anh, những ngón tay mảnh dẻ của cô mân mê khắp mảnh vỡ ấy và một dấu vết xanh nhạt hình mặt trăng hiện lên trên ngón tay. Cô đi thêm hai chục bước nữa rồi lại cúi xuống nhặt lên một hòn đá như vậy. Cô cầm kính lúp soi vào hòn đá có điểm những đốm kim loại. Đúng rồi, không còn nghi ngờ gì nữa: các đốm kim loại trong thạch anh chẳng phải là cái gì khác mà chính là molipđenit. Quặng molipđen đây rồi!”

Trong cuốn sách viết về Vera Fliorova, tác giả đã kể như vậy về một sự kiện từng trở thành cái mốc quan trọng trong lịch sử của nền công nghiệp về các kim loại hiếm ở Liên Xô. Hai năm sau, một xí nghiệp khai thác quặng molipđen đã được xây dựng tại nơi tìm thấy quặng. Tiếc thay, Vera không được may mắn nhìn thấy thành phố Tưrnưauz mọc lên trên núi cao mà sự ra đời của nó lại gắn bó với cô – một cô gái đáng quý, từ thủa thơ ấu đã mơ ước tìm được loại đá kỳ diệu: năm 1936, Vera đã chết một cách bi thảm trên núi. Chiếc cầu treo mà cô đã theo nó để qua sông Bacxan bị đổ nhào xuống dòng chảy cuồn cuộn của con sông miền núi. Một trong những quảng trường của Tưrnưauz và đỉnh núi nhô cao trên thành phố hiện mang tên Vera Fliorova. Trên một sườn núi ở cạnh một đường phố náo nhiệt, nổi lên một tường đài khiêm tốn. Những đám mây lững lờ và trang nghiêm trôi trên tượng đài, và xa xa, những toa xe goòng chở những loại đá diệu kỳ trượt theo những sợi cáp thép.

Quặng molipđen chủ yếu được chế biến thành feromolipđen để dùng trong việc luyện thép có chất lượng cao và chế tạo các loại hợp kim đặc biệt. Những thí nghiệm công nghiệp đầu tiên về điều chế feromolipđen đã được thực hiện hồi cuối thế kỷ XIX. Năm 1890 đã ra đời phương pháp điều chế hợp kim này bằng cách dùng molipđen oxit để khử quặng. Nhưng trên thực tế, việc sản xuất feromolipđen ở nước Nga thời Sa hoàng chỉ bó hẹp trong những thí nghiệm này mà thôi. Năm 1929, bằng phương pháp nhiệt – silic, người ta đã luyện được loại hợp kim chứa 50 – 65 % molipđen. Những thí nghiệm thành công của V. P. Eliutin hồi những năm 1930 – 1931 đã cho phép ứng dụng phương pháp này vào công nghiệp luyện kim sau này.

Nhưng không phải chi riêng các loại thép chứa molipđen, mà cả những sản phẩm làm bằng molipđen nguyên chất đều rất cần cho kỹ thuật. Thế mà suốt một thời gian dài, người ta không thể tạo được những sản phẩm như vậy. Tại sao? Từ thời xa xưa, người ta đã biết cách làm ra loại bột kim loại này tương đối nguyên chất cơ mà? Tội lỗi chính là tính khó chảy của molipđen – nó không cho phép biến bột này thành kim loại nguyên khối bằng cách nấu chảy. Cần phải tìm những con đường khác. Năm 1907, lần đầu tiên, một sợi dây bằng molipđen ra đời trong những điều kiện của phòng thí nghiệm. Để làm việc đó, người ta đã trộn bột molipđen với một chất keo hữu cơ rồi ép chất bột nhão này qua một lỗ khuôn. Sau đó, đưa sợi keo vừa ép được này đặt vào môi trường khí hiđro và cho dòng điện chạy qua sợi dây đó. Đúng như điều mong đợi, sợi dây bị nung nóng, chất hữu cơ bị cháy, còn kim loại thì chảy mềm ra và đọng lại trên sợi dây (khí hiđro dùng để giữ cho molipđen không bị oxi hóa khi bị đốt nóng).

Ba năm sau đó, người ta đã cấp bằng phát minh về việc điều chế các kim loại khó chảy, đặc biệt là molipđen, bằng phương pháp luyện kim bột – phương pháp mà hiện nay vẫn còn đang được sử dụng. Bột kim loại được ép lại rồi thiêu kết, sau đó cán hoặc kéo thành sợi. Dải hoặc sợi đó có thể sử dụng ngay trong kỹ thuật.

Ở Liên Xô, từ năm 1928 đã bắt đầu sản xuất sợi molipđen và ba năm sau thì đạt sản lượng 20 triệu mét.

Trong những năm gần đây, để sản xuất molipđen người ta đã bắt đầu sử dụng các phương pháp nấu luyện bằng lò hồ quang trong chân không, bằng chùm tia điện tử và bằng cách nung cục bộ. Nhờ các phương pháp này, công việc nấu luyện đạt được kết quả mỹ mãn hơn.

… Chúng ta đã nói rằng, trữ lượng quặng molipđen trong vỏ trái đất rất hạn chế. Vậy qua một thời gian nữa, thứ quặng này liệu có cạn kiệt không và khi đó con người sẽ lấy đâu ra thứ kim loại rất cần thiết này ?

Không sao đâu, chúng ta có thể yên tâm về số phận của con cháu mình. Đúng thế, ngoài vỏ trái đất, nước biển và đại dương chứa những lượng khổng lồ các nguyên tố khác nhau. Nếu lấy tài nguyên ở biển và chia đều cho mọi cư dân trên hành tinh này thì mỗi người chúng ta sẽ trở thành người chủ của những kho báu giàu có vô kể. Chỉ cần nói một điều này cũng đủ rõ: riêng vàng thôi, hải vương có thể lấy từ các kho tàng của mình để phân phát cho mỗi người khoảng ba tấn. Đấy, quả thật là đáy biển bằng vàng! Còn về molipđen thì mỗi người chúng ta sẽ nhận được khoảng 100 tấn.

Chỉ có điều là phải cố gắng tìm cho ra cái chìa khóa để mở những cái hòm xanh của Hải vương. Nhưng rồi sẽ tìm được. Nhất định sẽ tìm được.

Đọc truyện hay đừng quên like và chia sẻ truyện tới bạn bè, để lại bình luận là cách để ủng hộ webtruyenfree. Thỉnh thoảng ấn vào q uảng c áo ngày 1-2 lần để tụi mình có kinh phí duy trì web các bạn nhé!