Zn - "Tấm vải phủ" của thép

Hồi đầu những năm 60, tại vùng ven triền núi bắc Capcazơ đã tiến hành những cuộc khai quật khảo cổ học ở làng cổ Mesôco. Từ xa xưa lắm, khoảng 2.500 năm trước công nguyên, đây là nơi sinh sống của các bộ lạc chăn nuôi súc vật; những bộ lạc này đã biết sử dụng công cụ lao động làm bằng đồng và đồng đỏ. Trong số nhiều đồ trang sức nhỏ làm bằng kim loại tìm thấy ở đây, có một vật nhỏ mầu nâu hơi điểm đôi chút xanh lục, hình ống nhỏ, han gỉ nặng, đã khiến mọi người phải chú ý đặc biệt. Có lẽ xưa kia nó là vật đeo ở cổ của một thiếu phụ “ăn diện”. Thứ đồ trang sức nhỏ mọn này có gì mà hấp dẫn các nhà khảo cổ học và các nhà sử học hiện đại đến thế?

Phép phân tích bằng quang phổ đã cho biết rằng, trong vật liệu làm thứ đồ trang sức hình ống này, kẽm chiếm ưu thế rõ rệt. Phải chẳng thứ kim loại này đã từng biết đến từ ngót năm ngàn năm trước đây?

Từ xa xưa, con người đã làm quen với quặng kẽm: ngay từ thời cổ đại, hơn ba ngàn năm về trước, nhiều dân tộc đã biết nấu luyện đồng thau là hợp kim của đồng với kẽm. Nhưng suốt một thời gian dài, các nhà hóa học và luyện kim không thể thu được kẽm ở dạng tinh khiết: tách được thứ kim loại này ra khỏi oxit của nó đâu phải là việc dễ dàng. Để phá đứt sợi dây gắn bó giữa kẽm với oxi, phải có nhiệt độ cao hơn hẳn nhiệt độ sôi của kẽm, vì vậy, khi gặp không khí, hơi kẽm vừa sinh ra lại kết hợp với oxi để trở thành oxit.

Một thời gian dài, người ta không phá nổi cái vòng khép kín luẩn quẩn ấy. Thế rồi đến khoảng thế kỷ thứ V trước công nguyên, những người thợ Ấn Độ và Trung Hoa đã biết ngưng tụ hơi kẽm trong các bình bằng đất sét kín mít mà không khí không lọt vào được. Bằng cách đó, họ đã thu được một thứ kim loại màu trắng phơn phớt xanh. Sau đó vài trăm năm, một số nước ở châu Âu cũng nắm được kỹ thuật luyện kẽm. Chẳng hạn, ở Tranxinvania thuộc lãnh thổ Rumani ngày nay (hồi đầu công nguyên, đây là tỉnh Đakia của đế chế La Mã) đã tìm thấy một tượng thờ được đúc bằng hợp kim chứa nhiều kẽm (hơn 85%). Nhưng về sau, bí quyết của việc điều chế kim loại này đã bị thất truyền. Cho đến giữa thế kỷ XVII, kẽm vẫn được đưa từ các nước phương Đông đến châu Âu và được coi là món hàng khan hiếm.

Chính vì thế mà hiện vật tìm được ở Mesôco đã làm cho các nhà khảo cổ học phải kinh ngạc và quan tâm đến như vậy. Qua phân tích một lần nữa, các vạch quang phổ vẫn khẳng định rằng, vật này chỉ gồm kẽm và một ít tạp chất là đồng mà thôi. Có thể, vật trang sức bằng kẽm này có nguồn gốc muộn hơn và ngẫu nhiên lọt vào đám đồ vật thật sự rất cổ chăng? Song giả thuyết này trên thực tế đã bị bác bỏ, vì sau khi xem xét lại thật chính xác các điều kiện khai quật thì thấy rằng, vật trang sức bằng kẽm này được tìm thấy ở độ sâu tương ứng với thiên niên kỷ thứ ba trước công nguyên; nơi đây, những đồ vật “trẻ hơn” chưa chắc đã rơi vào được. Không loại trừ khả năng vật trang sức tìm thấy ở Mesôco là đồ vật cổ nhất trong tất cả các sản phẩm bằng kẽm mà chúng ta biết hiện nay.

Thời trung cổ đã để lại cho chúng ta khá nhiều tư liệu nói về kẽm. Một số tài liệu của Ấn Độ và Trung Hoa thuộc thế kỷ thứ VII và thứ VIII đã đề cập đến vấn đề nấu luyện thứ kim loại này. Nhà du lịch nổi tiếng quê ở Venezia (nước Italia) tên là Marco Pôlo từng đến thăm Ba Tư hồi cuối thế kỷ XIII đã kể lại trong quyển sách của mình về cách luyện kẽm của những người thợ Ba Tư. Ấy thế mà mãi đến thế kỷ XVI, kim loại này mới bắt đầu được gọi là “kẽm” sau khi thuật ngữ này xuất hiện trong tác phẩm của Paratxen - nhà bác học nổi tiếng thời kỳ phục hưng. Trước đó, kim loại này chẳng có tên gọi hẳn hoi: bạc giả, spenter, tucia, spauter, thiếc Ấn Độ, conterfei. Tên La tinh mà nó đã mang (“zincum”) có nghĩa là “sắc trắng” (theo một ức thuyết khác thì tên gọi này lấy gốc ở từ Đức cổ “zinco”, nghĩa là “vảy cá ở mắt”).

Năm 1721, nhà hóa học kiêm nhà luyện kim người Đức tên là Johann Fridrich Henkel (trong thời gian du học ở Freiberg, chàng Lơmanôxop trẻ tuổi đã học ông thầy này) đã tách được kẽm từ khoáng vật ganmei. Henkel đã “đốt” ganmei và từ đám “tro” mới sinh ra, ông thu được kẽm kim loại sáng lấp lánh mà trong các tác phẩm của mình, ông đã ví nó với chim phượng hoàng hồi sinh từ đống tro tàn.

Nhà máy luyện kẽm đầu tiên ở châu Âu đã đã được xây dựng năm 1743 tại thành phố Brixtôn (nước Anh), tức là bốn năm sau khi Jôn Champion nhận được bằng phát mình về phương pháp chưng cất để điều chế kẽm từ các quặng kẽm oxit. Về nguyên tắc, công nghệ ở Brixtôn không khác gì mấy so với công nghệ mà các nhà luyện kim vô danh thời xưa đã sử dụng, nhưng vì họ không còn sống để đăng ký phương pháp này nên cành nguyệt quế dành cho người phát minh ra quy trình công nghệ sản xuất kẽm đã rơi vào tay “Nhà vô địch” (Champion có nghĩa là “nhà vô địch”). Gần hai mươi năm sau đó, Champion tiếp tục kiên trì “ tập luyện” trong lĩnh vực nấu luyện kẽm và đã hoàn thiện được một quy trình nữa, trong đó, nguyên liệu không phải là quặng oxit mà là quặng sunfua.

Nếu như nhà máy ở Brixtôn mỗi năm làm ra 200 tấn kẽm, thì nay nay, sản lượng kim loại này trên thế giới đã lên đến hàng triệu tấn. Về quy mô sản xuất thì kẽm chiếm vị trí thứ ba trong số các kim loại màu, chỉ thua các bậc đàn anh từng được thừa nhận trong ngành kim loại màu là nhôm và đồng. Nhưng kẽm có một ưu điểm không thể chối cãi: so với đã số các kim loại công nghiệp, giá thành của nó thấp vì nó dễ điều chế (trên thị trường thế giới, chỉ có sắt và chì rẻ hơn kẽm). Bên cạnh phương pháp chưng cất cổ xưa, các nhà máy luyện kẽm ngày nay đang sử dụng rộng rãi phương pháp điện phân, trong đó, kẽm lắng đọng lại trên các catôt bằng nhôm và sau đấy được nấu lại trong lò cảm ứng.

Một điều thú vị là nhà phát minh người Anh rất có tên tuổi Henry Bessemer từng nổi tiếng về việc phát minh ra lò chuyên để luyện thép, cũng đã thiết kế một cái lò dùng năng lượng mặt trời, trong đó có thể nấu được kẽm hoặc đồng. Tuy nhiên, lò này chưa hoàn hảo về mặt kỹ thuật, vả lại, những điều kiện thiên nhiên của xứ sở mù sương này không thuận lợi cho việc sử dụng nó trong thực tế.

Như người ta vẫn nói, kẽm đã đi vào cuộc sống lao động của mình từ rất lâu trước khi ra đời: các nhà luyện kim thời cổ xưa đã ném những cục đá màu xám chứa các hợp chất của kẽm vào lửa cùng với than, quặng đồng và đã thu được đồng thau - một hợp kim tuyệt diệu có độ bền và dẻo cao, chịu đựng được sự ăn mòn và có màu sắc đẹp, hay nói cho đúng hơn là có khoảng biến đổi màu sắc tùy thuộc vào hàm lượng kẽm và các thành phần khác. Không như đồng đỏ thông thường, ở nước Nga ngày xưa người ta gọi đồng thau là đồng vàng: khi tăng hàm lượng kẽm, màu sắc của hợp kim thay đổi từ đỏ nhạt đến vàng tươi. Nếu pha thêm một ít nhôm thì đồng thau có màu tươi mát, hơi giống vàng và hiện nay được dùng làm huy hiệu và đồ mỹ nghệ. Từ xưa, Aristote đã mô tả thứ đồng này là thứ đồng “chỉ khác vàng ở mùi vị mà thôi”. Rõ ràng, thứ “đồng giống như vàng” ấy chẳng phải là cái gì khác mà là đồng thau đấy thôi.

Một thời gian dài người ta cho rằng, tượng kỷ niệm Minin và Pogiacxki được dựng hồi đầu thế kỷ trước trên Quảng trường Đỏ ở Maxcơva là bằng đồng đỏ. Nhưng công tác phục chế gần đây đã đính chính điều đó: hóa ra không phải là đồng đỏ mà chính là đồng thau đã được dùng cho tác phẩm kỳ diệu của nhà điêu khắc I. P. Martôt.

Ở Ấn Độ có làng Bidar nổi tiếng bởi những thứ đồ trang trí mà các nghệ nhân địa phương làm ra từ hợp kim của đồng, kẽm và thiếc. Các đồ mỹ nghệ như bình đựng nước, đĩa, tượng nhỏ được tráng một dung dịch đặc biệt để cho kim loại trở thành đen tuyền. Sau đấy, các họa sĩ khắc lên đấy những bông hoa hoặc những hình vẽ trang trí trông y như khảm bạc vậy. Các hình vẽ trang trí này không bao giờ bị mờ đi. Do vậy, các sản phẩm mỹ nghệ của Bidar rất nổi tiếng không những ở Ấn Độ, mà còn ở nhiều nước khác.

Thông thường, kẽm và đồng trong các hợp kim là đôi bạn đồng minh, chúng bổ sung và cải thiện tính chất cho nhau. Thế mà gần đây, chúng ở trong tình trạng “cạnh tranh lẫn nhau” và chính kẽm đã loại đồng ra khỏi hợp kim. Điều đó đã xảy ra ở Mỹ, nơi mà cho đến gần đây, đồng xen (đồng tiền nhỏ nhất của Mỹ) vẫn được dập từ hợp kim chứa 95% đồng và 5% kẽm. Cách đây mấy năm người ta quyết định thay đổi thành phần của hợp kim. Vẫn những nguyên tố ấy có mặt trong hợp kim, nhưng với tỷ lệ hoàn toàn khác hẳn: 97,6% kẽm và vẻn vạn chỉ có 2,4 % đồng. Sở dĩ có sự “thay bậc đổi ngôi” như vậy là vì kẽm rẻ hơn đồng rất nhiều, do đó, đề nghị hợp lý hóa của các nhà tài chính đã hứa hẹn một món lợi không nhỏ cho ngân khố.

Khá nhiều hợp kim của kẽm đã được biết đến (pha thêm nhôm, đồng, magie, với lượng không đáng kể), mà đặc điểm nổi bật của chúng là rất dễ đúc và có nhiệt độ nóng chảy thấp. Từ các hợp kim này, người ta đúc được những chi tiết phức tạp có thành mỏng và những sản phẩm chính xác khác, trong đó có những con chữ in cỡ nhỏ. Hồi giữa thế kỷ trước, theo thiết kế của nhà điêu khắc người Nga I. P. Vitali, người ta đã đúc và dựng ở phòng Gheorghiepxki trong cung lớn điện Cremli ở Maxcơva mười tám cây cột bằng kẽm có hoa văn trang trí và những bức tượng mang những vòng hoa nguyệt quế.

Một người ở Cộng hòa dân chủ Đức có một bộ sưu tập độc đáo về các vật đúc bằng kẽm. Mấy chục năm qua, ông đã dùng kẽm để tự tay đúc những hình người và động vật nhỏ, cao không quá 5 cm. Bộ sưu tập này gồm khoảng 1500 phối cảnh rất thú vị. Tuyệt diệu nhất trong số đó là phối cảnh nói về trận đánh ở gần Lepzich năm 1813, tại đó, đội quân của Napolêon chưa lại sức sau trận Borođinô đã bị thua thêm một trận lớn nữa khi đánh nhau với liên quân các nước Nga, Phổ, áo và Thụy Điển. Phối cảnh “trận đánh của các dân tộc” gồm khoảng một ngàn phần tử - đó là những người lính và ngựa, xe cộ, vũ khí.

Ở một chừng mực đáng kể, nhiệt độ nóng chảy không cao lắm của kẽm (khoảng 420 độ C) đã làm cho nhà sưu tập người Đức phải say mê. Nhiều tính chất của kim loại này phụ thuộc vào độ tinh khiết của nó. Thông thường, kẽm dễ tiêu hóa trong các axit, nhưng nếu độ tinh khiết đạt đến “năm con số chín” (99,999%) thì chính các axit ấy không thể nào đụng chạm được đến kẽm ngay cả khi nung nóng. Đối với kẽm, độ tinh khiết không những bảo đảm cho nó trở nên “bất khả xâm phạm về hóa học”, mà còn đem lại cho nó tính dẻo cao: kẽm tinh khiết lại dễ kéo thành sợi hết sức mảnh. Còn kẽm thường dùng trong kỹ thuật thì biểu lộ tính cách khá bất thường: nó chỉ cho phép cán thành dải, thành lá, thành tấm trong khoảng nhiệt độ nhất định - từ 100 đến 150 độ C, còn ở nhiệt độ bình thường và cao hơn 250 độ C cho đến điểm nóng chảy thì kim loại này rất giòn, có thể dễ dàng nghiền nát thành bột.

Trong các nguồn điện hóa học hiện nay, các tấm kẽm đóng “vai trò âm”, tức là được dùng làm điện cực âm - nơi đây diễn ra quá trình oxi hóa kim loại. Lần đầu tiên, kẽm đã thử sức mình trong môi trường hoạt động này năm 1800, khi nhà bác học người Italia là Alexanđro Vonta chế tạo ra bộ pin của ông. Hai năm sau đó, nhờ một bộ pin rất lớn (so với thời bây giờ) gồm 4200 tấm đồng và kẽm mà nhà bác học Nga V. V. Petrôp đã lần đầu tiên tạo được hồ quang điện.

Năm 1838, nhà kỹ thuật điện người Nga là B. X. Iacobi đã chế tạo một chiếc thuyền gắn động cơ điện mà nguồn điện là một bộ pin. Thuyền này đã xuôi ngược dòng sông Nêva một thời gian, chở được 14 hành khách. Nhưng loại động cơ này tỏ ra không kinh tế, điều đó khiến nhà hóa học người Đức là Iuxtux Libic (Justus Liebig) có cơ sở để tuyên bố: “Cứ trực tiếp đốt than để thu nhiệt hoặc sinh công còn phần có lợi hơn nhiều so với chi phí than đó để khai thác kẽm, rồi sau đó sinh công trong các động cơ điện bằng cách đốt kẽm trong các bộ pin”. Lúc bấy giờ, những ý đồ sử dụng sức kéo của các động cơ điện chạy bằng pin đã không thu được kết quả ở trên cạn. Nhà vật lý học nổi tiếng người Anh là Jamơ Jun (James Precotr Joule) hình như đã có lần nhận xét nửa đùa nửa thật rằng, chẳng thà nuôi ngựa vẫn còn rẻ hơn là phải thay kẽm trong các bộ pin.

Trong thời đại chúng ta, ý tưởng đó đã được sống lại: hàng ngàn hàng vạn ô tô điện đang lướt nhanh trên các nẻo đường của nhiều nước, hơn nữa, khi chọn nguồn động lực, các nhà thiết kế thường ưu chuộng loại ăcquy kẽm - không khí. Bộ ăcquy này thay thế cho hàng chục con ngựa, nó cho phép ô tô chạy được hơn 100 kilômet mà không cần “cho ăn thêm”, nghĩa là không phải nạp thêm điện. Những nguồn điện tí hon kiểu như vậy đang được sử dụng trong các máy nghe, trong các đồng hồ so giờ, trong khí cụ đo độ lộ sáng (của máy ảnh), trong các máy tính loại nhỏ. Trong bộ “pin vuông” của các đèn pin bỏ túi, dưới lớp vỏ giấy có ba ống kẽm: khi cháy (tức là khi bị oxi hóa), kẽm sinh ra dòng điện để thắp sáng bóng đèn pin. Đối với các thiết bị lớn thì nguồn điện rất đáng tin cậy, đủ sức cung cấp điện cho hàng chục khí cụ cùng một lúc là những bộ ắcquy có điện cực bằng bạc và bằng kẽm. Chẳng hạn, một bộ ăcquy như vậy đã làm việc trên một vệ tinh nhận tạo của Liên Xô bay vòng quanh trái đất.

Cuộc khủng hoảng năng lượng diễn ra trong những năm gần đây đã buộc nhiều tổ chức cỡ lớn về khoa học và công nghiệp phải tìm kiếm các nguồn năng lượng mới. Song những “tay chơi” nghiệp dư cũng không chịu thua kém các nhà sáng chế chuyên nghiệp. Chẳng hạn, một người thợ đồng hồ ở thành phố Kiđerminxstơ nước Anh đã sử dụng ... quả chanh bình thường vào công việc này. Khi cắm vào quả chanh một thanh kẽm và một thanh đồng có dây dẫn ra ngoài, nhà phát minh này nhận được một nguồn điện độc đáo. Do phản ứng của axit limonic với đồng và kẽm, một dòng điện đã sinh ra, đủ cung cấp cho một động cơ tí hon làm quay tấm biển quảng cáo trong tủ trưng bày của hiệu đồng hồ trong vài tháng. Chẳng lẽ đây không phải là một phát minh hay sao? Tiếc thay, theo tính toán của các nhà chuyên môn, để cung cấp đủ điện cho một máy thu hình chẳng hạn, cần phải có một bộ pin làm từ vài triệu quả chanh.

Nhà sinh hóa học Menvin Canvin (Melvin Calvin) người Mỹ từng được giải thưởng Nôben đã đề nghị dùng một nguồn điện thực vật mạnh hơn. Ông đã hoàn chỉnh một bộ pin mặt trời, trong đó, kẽm oxit và chất diệp lục của thực vật cùng nhau tạo ra dòng điện. Từ bề mặt của một “vườn phát điện màu xanh” có kích thước bằng một căn phòng nhỏ, có thể “thu hoạch” được một nguồn điện có công suất 1 kilôoat.

Có lẽ trong tương lai không xa, mà có thể là ngay ở cuối thế kỷ này, chúng ta sẽ được chứng kiến những thành tựu mới của ngành năng lượng học mặt trời - thực vật, nhưng bây giờ thì hãy trở lại thế kỷ trước để tìm hiểu ba sự kiện quan trọng có liên quan trực tiếp với kẽm.

Sự kiện thứ nhất xảy ra năm 1850: một người Pháp tên là Ghilo (Gillot) đã đề nghị một phương pháp độc đáo để làm bản in kẽm. Hình được vẽ bằng tay lên một tấm kẽm bằng một thứ mực chống axit, sau đấy dùng axit nitric để rửa bề mặt tấm kẽm. Khi đó, những chỗ có mực thì vẫn nguyên vẹn, không bị hư hại gì, còn những chỗ không có mực thì axit sẽ “ăn” kẽm, tạo thành những vết lõm. Hình vẽ sẽ trở thành hình nổi và khi in lên giấy thì sẽ nhận được hình ảnh cần thiết. Về sau, phương pháp này của Ghilo được hoàn thiện thêm và trở thành phương pháp làm bản kẽm ngày nay, nhờ nó mà các máy in trên toàn thế giới hàng ngày đang tái tạo lại vô số hình vẽ và tranh ảnh trong các sách báo và tạp chí.

Năm 1887, nhà bác học nổi tiếng người Đức là Heinrich Rudolph Hertz đã phát hiện ra hiện tượng hiệu ứng quang điện: dưới tác động của ánh sáng, một chất nào đó sẽ phát ra các điện tử. Một năm sau, nhà vật lý học người Nga là A. C. Xtoletôp đã nghiên cứu kỹ lưỡng hiệu ứng quang điện này. Tại phòng thí nghiệm của trường đại học tổng hợp Maxcơva, ông đã tiến hành một thí nghiệm tinh tế từng đi vào lịch sử của khoa học. Ông nối tấm kẽm với cực âm của một bộ pin và nối tấm lưới kim loại với một cực dương, rồi đặt đối diện với tấm kẽm, cách xa một khoảng nào đó. Tất nhiên, trong mạch điện hở này không có dòng điện đi qua và kim của điện kế vẫn chỉ số không. Khi nhà bác học chiếu một luồng ánh sáng chói lọi vào tấm kẽm thì kim của điện kế lập tức rời khỏi vị trí số không. Điều đó có nghĩa là đã xuất hiện dòng điện trong mạch. Xtoletôp tăng thêm nguồn sáng chiếu vào tấm kẽm và nhận thấy kim đồng hồ dịch đi xa hơn, điều đó chứng tỏ dòng điện tăng lên. Ngay sau khi ngắt nguồn chiếu sáng, dòng điện này biến mất và kim của điện kế trở về vị trí số không. Dụng cụ này thực tế đã là tế bào quang điện đầu tiên - một linh kiện mà kỹ thuật hiện đại không thể thiếu được.

Cũng trong năm mà Xtoletôp thực hiện thí nghiệm lịch sử của mình, tấm kẽm đã trở thành “người cùng tham gia” một phát minh thú vị: kỹ sư Beclinơ (Berliner), người Đức, vốn làm việc ở Mỹ, đã chế tạo ra một khí cụ dùng để ghi và phát lại âm thanh, gọi là máy hát và ông đã đề nghị dùng đĩa làm bằng kẽm có phủ một lớp sáp mỏng để làm vật tải âm. Từ đĩa này có thể chuyển sang một bản sao băng kim loại, tức là làm khuôn để sản xuất hàng loạt đĩa hát. Chiếc đĩa hát đầu tiên trên thế giới do chính Beclinơ chế tạo hiện đang được lưu giữ tại viện bảo tàng quốc gia Hoa Kỳ ở thủ đô Oasinhtơn. Năm 1907, ở Pari, các đĩa ghi lại giọng hát của Enrico Caruzo, Franchexco Tamanho, Anđelina Patti và của các ca sĩ xuất sắc khác đã được trịnh trọng đặt vào trong các hộp kín có tráng kẽm để bảo quản lâu dài. Người ta dự định sẽ mở các hộp đó sau 100 năm. Tức là vào năm 2007.

Trong kỹ thuật hiện đại không chỉ sử dụng kẽm nguyên khối mà cả bụi kẽm nữa. Chẳng hạn, bụi kẽm giúp những người làm thuốc pháo nhuộm ngọn lửa thành màu xanh lam. Các nhà luyện kim dùng bụi kẽm để lấy vàng và bạc ra khỏi các dung dịch xianua. Ngay cả khi điều chế kẽm, nếu không có bị kẽm thì cũng không xong: bụi kẽm được dùng để loại đồng và cađimi ra khỏi dung dịch kẽm sunfat trong phương pháp thủy luyện (phương pháp điện phân). Cầu cống và các kết cấu nhà công nghiệp bằng kim loại, các máy móc cơ lớn thường được phủ một lớp sơn màu xám để giữ cho kim loại khỏi bị ăn mòn: trong thành phần của loại sơn đó cũng có bụi kẽm.

Nếu đã nhắc đến sự ăn mòn thì phải nói đến vai trò quan trọng nhất của kẽm: gần một nửa sản lượng kẽm trên thế giới được dùng vào việc bảo vệ thép trước một kẻ thù hung ác nhất - đó là sự han gỉ mà hàng năm nuốt mất hàng chục triệu tấn sắt thép. Xô và chậu tráng kẽm, mái nhà và ống thoát nước tráng kẽm thì dùng được nhiều năm, trong khi đó, một tấm tôn không tráng kẽm thì chỉ cần qua một trận mưa nhỏ là đã có thể bị hoen gỉ.

Vậy do đâu mà chính kẽm được giao phó nhiệm vụ đầy khó khăn và vinh quang là bảo vệ “biên cương” của sắt thép? Thế mà nó hoàn toàn không được mang danh là “chiến sĩ kiên cường” chống lại các hóa chất xâm thực như crom, niken hoặc coban, vì sao? Thì ra lời giải đáp cho câu hỏi này cũng ẩn giấu ở chính điều này. Theo lối diễn đạt của một nhà hiền triết nào đó thì cũng giống như người phụ nữ, sở dĩ mạnh chính là vì sự yếu ớt của mình. Kẽm bảo vệ sắt một cách chắc chắn, giữ cho sắt không bị ăn mòn, bởi vì chính nó ... lại không đủ sức chống lại sự ăn mòn. Kẽm có tính hoạt động hóa học mạnh hơn sắt, nên khi xuất hiện nguy cơ bị oxi hóa thì kẽm liền đưa mình ra để chống đỡ: nó hy sinh thân mình để cứu sắt khỏi sự hủy diệt. Không phải ngẫu nhiên mà đôi khi người ta gọi phương pháp bảo vệ như vậy là phương pháp “thí mạng”.

Ngay cả khi trên lớp “áo giáp” bằng kẽm xuất hiện những vết xước thì sự ăn mòn cũng không thể thực hiện được ý đồ tạo gỉ của mình: chừng nào trên bề mặt của chi tiết làm bằng thép còn lại dù chỉ là vài hạt kẽm nhỏ thôi thì sắt vẫn không bị phá hủy. Về điểm này, các lớp mạ bằng crom và niken tuy có sức chống ăn mòn cao, nhưng trong thực tế đôi khi lại tỏ ra không đáng tin cậy: chúng chỉ có tác dụng tốt khi chưa xảy ra bất kỳ sự hư hỏng nào, còn một khi trên lớp mạ đó đã xuất hiện hiện cho dù chỉ là một lỗ thủng rất nhỏ, bằng dấu chấm thôi, cũng đủ để các tác nhân xâm thực có đường đột nhập vào sắt, làm cho sắt bắt đầu bị gỉ “ngay trước mắt” niken hoặc crom vốn là những kim loại “bất khả xâm phạm” về hóa học.

Nếu tính đến việc dùng kẽm để giữ cho thép không bị ăn mòn sẽ rẻ hơn rất nhiều so với dùng các thứ kim loại khác, thì thật dễ hiểu tại sao mà lớp mạ bằng kẽm lại đang đường đường chiếm vị trí số một - cả về quy mô lẫn tầm quan trọng - trong số tất cả mọi lớp mạ bằng kim loại.

Trong thời gian gần đây, lớp mạ bằng kẽm đã mở rộng phạm vi hoạt động bảo vệ của mình: kẽm bắt đầu được tráng lên bề mặt các kết cấu kim loại chịu lượng tải nhiệt lớn. Chặng hạn, trước đây, các kết cấu của tổ hợp thiết bị khởi động dùng để phóng các con tàu vũ trụ thường giảm độ bền theo thời gian do chúng bị đốt quá nóng. Hiện nay, để tránh điều đó, người ta phủ lên chúng một lớp kẽm. Do có nhiệt độ sôi thấp nên trong thời gian diễn ra “cơn sốt” khởi động, lớp kẽm bốc hơi rất nhanh, hấp thụ một lượng nhiệt lớn, và nhờ vậy mà giữ cho kết cấu kim loại không bị quá nóng.

Công nghệ mạ kẽm khá đơn giản. Thông thường để làm việc này, các lá thép, ống thép, hoặc các chi tiết bằng thép được nhúng trực tiếp vào kẽm nóng chảy. Song bạn hãy thử nhúng vào kẽm nóng chảy, chẳng hạn một cây cột điện xem sao: khi đó thì bể kẽm phải có kích thước của một bể bơi cỡ lớn. Trong những trường hợp như vậy phải dùng đến phương pháp phun bụi kẽm nhờ các khí cụ bơm phun. Người ta đã chế ra một loại súng chuyên dùng “đạn” là một sợi kim loại lỏng để khi đông đặc lại thì tạo thành một lớp mạ bảo về dàn đều trên kết cấu cần xử lý. Còn muốn cho lớp mạ kẽm được nhẵn bóng thì dùng phương pháp điện phân.

Phạm vi hoạt động không những của bản thân kẽm, mà cả của các hợp chất của kẽm cũng rất đa dạng. Thời trung cổ, các thầy thuốc Arập và Tây Âu dùng “tuyết trắng” - thứ bột kẽm oxit xôm xốp như lông tơ mà các nhà giả kim thuật gọi là “len mầu nhiệm” - vào mục đích chữa bệnh. Ngày nay, trong bất kỳ hiệu thuốc nào, chúng ta đều có thể bắt gặp các thứ thuốc mỡ, phấn rôm trẻ em, thuốc nhỏ mắt v. v... chứa nguyên tố kẽm ở một dạng nào đó. Hiếm có một người phụ nữ nào lại không dùng đến kẽm oxit. Chẳng nên nghi ngờ gì điều đó, bởi vì phấn xoa mặt chẳng phải là cái gì khác mà chính là bột kẽm oxit pha thêm các chất thơm, chất màu và một số chất khác. Nếu phóng đại lên thì các hạt phấn trông hao hao như một con nhện đầy lông với những cái chân loằng ngoằng xoè ra khắp mọi phía.

Khoảng hai trăm năm trước đây, bột kẽm trắng đã xuất hiện ở Pháp và Anh. Khác với bột chì trắng vẫn được dùng từ lâu, bột kẽm trắng không độc hại đối với cơ thể con người, vì thế mà nó đã nhanh chóng đi vào cuộc sống hàng ngày. Không bao lâu, thứ bột trắng mới này đã được sản xuất ở nhiều nước khác. Chẳng hạn, năm 1807, một tạp chí xuất bản ở nước Nga đã đăng bài “Về việc sản xuất bột trắng bằng kẽm oxit - thứ bột có thể thay thế các thứ bột trắng thông thường”. Kẽm có thể làm tang chứng chắc chắn để buộc tội các họa sĩ làm giả mạo tác phẩm của các bậc danh họa thời trước. Nếu đem giám định một bức tranh được xưng là tác phẩm của Bruegel de Oude, của Rubens hoặc của El Greco, mà phép phân tích màu lại cho thấy trong đó có bột kẽm trắng thì có thể khẳng định ngay rằng, đó là một bức tranh giả mạo.

Nếu không có kẽm oxit thì các xí nghiệp làm cao su và vải sơn sẽ không làm ăn gì được. Kẽm cũng quen biết thủy tinh từ lâu: năm 1851, tại triển lãm quốc tế ở London, một mặt hàng mới của công nghệ thủy tinh là pha lê chứa kẽm có độ nhẵn bóng và ánh quang đặc biệt khiến mọi người rất ưu thích. Hiện nay, các họa sĩ trang trí đồ thủy tinh đã dùng kẽm sunfua làm thuốc vẽ vì nó cho phép nhuộm thủy tinh với màu sắc và sắc độ rất phong phú, biến thủy tinh thành ngọc bích hoặc cẩm thạch, thành ngọc mắt mèo hoặc ngọc lam.

Trong những năm 20 của thế kỷ chúng ta, tinh thể kẽm oxit lần đầu tiên hãnh diện đi vào ngành thông tin vô tuyến: nhờ nó mà lúc bấy giờ người ta đã lập được kỷ lục về cự ly thu tín hiệu vô tuyến. Các hợp chất của kẽm cũng tìm được việc làm trong kỹ thuật truyền hình: ba màu cơ bản - xanh lam, xanh lục và đỏ - xuất hiện trên màn ảnh truyền hình nhờ những tính chất phát quang của kẽm sunfua, kẽm selenua và kẽm fotfat được hoạt hóa bởi bạc, mangan hoặc các chất phụ gia khác. Tinh thể kẽm selenua nhân tạo đảm nhận vai trò đầy trọng trách trong việc xây dựng kỹ thuật truyền hình laze sau này: diện tích màn ảnh của máy thu hình laze màu sẽ đến vài mét vuông, nghĩa là hình ảnh màu rực rỡ sẽ choán hết cả bức tường trong căn phòng. Các hợp chất của kẽm còn mang tính bán dẫn, điều đó hứa hẹn với chúng một tương lai sáng lạn.

Không phải chỉ có kỹ thuật mới cần đến kẽm - cơ thể động vật và thực vật cũng rất cần đến nguyên tố này với liều lượng nhỏ. Nhu cầu trong một ngày đêm của con người về nguyên tố vi lượng này dao động trong khoảng từ 5 đến 20 miligam. Còn những người nghiện rượu thì có nhu cầu rất lớn: hình như rượu gạt kẽm ra khỏi cơ thể thì phải. Ở Iran và Ai Cập, các cuộc khám nghiệm đối với người lùn đã cho thấy, sở dĩ chiều cao không phát triển được là vì trong khẩu phần thức ăn của những người này chứa một hàm lượng kẽm rất thấp. Còn những con chuột cái mà khẩu phần của chúng hoàn toàn không có kẽm thì chẳng bao lâu sẽ trở nên hung dữ, hay cắn xé nhau. Đặc điểm tính cách này sau đó được truyền lại cho thế hệ kế tiếp, mà thể hiện rõ nhất là ở “phái yếu”.

Ở một số động vật biển không xương sống, kẽm giữ vai trò như sắt trong máu người: trong tro của các loài thân mềm, đôi khi có đến 12% kẽm. Trong nọc độc của rắn, nhất là rắn lục và rắn hổ mang, có một hàm lượng kẽm đáng kể. Các nhà bác học cho rằng, nguyên tố này bảo vệ rắn khỏi chính nọc độc của mình.

Kẽm giữ vai trò quan trọng cả trong giới thực vật. Chẳng hạn, lúa mì có thể bị chết nếu trong đất không có kẽm. Trong các loại quả như nho, cam, lê, có khá nhiều kẽm; trong cà chua, hành, xà lách cũng có kẽm; các loại nấm như nấm xép vàng, nấm xép nâu, nấm mào gà, đều chứa nhiều kẽm.

Từ thời xa xưa người ta đã nhận thấy rằng, nhiều loại thực vật ưa sống gần có mỏ quặng. Chẳng hạn, hoa violet rừng và hoa păng - xê đồng thích mọc ở những nơi có kẽm. Những người tìm quặng thời xưa đã biết đến những đặc tính này của cây cỏ; và ngay cả các nhà địa chất hiện nay cũng sử dụng dấu hiệu đó để tìm kiếm các khoáng sản ẩn náu trong lòng đất.

Khoáng vật hay gặp nhất của kẽm là sfalerit mà người ta còn gọi là “đồ giả bằng kẽm”. Vì những tội lỗi gì mà thứ đá này phải mang cái tên nhạo báng như vậy? Có lẽ là vì tạp chất của các nguyên tố khác làm cho khoáng vật này có đủ màu sắc khiến người ta dễ lẫn lộn và nhận nhầm sfalerit thành một thứ quặng khác nào đó. Tại vùng núi Antai hay gặp loại quặng có tên là “sóc vằn” - một thứ hỗn hợp của sfalerit và fenspat nâu. Loại đá vằn này thực sư giống như con sóc vằn.

Trong thiên nhiên, kẽm thường ở dạng các quặng đa kim chứa cả đồng, chì, sắt, và nhiều nguyên tố hiếm. Một trong những mỏ chì - kẽm ở châu Âu đã từng là nguyên nhân ra đời của hẳn một quốc gia. Chuyện này xảy ra hồi thế kỷ trước, sau khi đế chế Napolêon bị đánh bại thì một phần đất đai thuộc đế chế này phải gạt về cho các nước thắng trận. Khi phân chia “tài sản đất đai”, giữa nước Hà Lan và nước Phổ đã nảy sinh sự tranh chấp về vùng Morene nằm ở ranh giới hai nước này. Cuối cùng, năm 1816, một giải pháp nhân nhượng đã được chấp nhận: một phần của vùng này được nhập vào nước Hà Lan, một phần nhập vào nước Phổ, còn phần mà trên đó có mỏ kẽm và chì rất quý giá (vì thế mà xảy ra sự tranh chấp) thì được tuyên bố là vùng trung lập. Nước cộng hòa tí hon Morene ra đời trong bối cảnh như vậy, nó chiếm một diện tích chỉ vẻn vẹn có 3,3 kilômet vuông và với dân số chỉ vài trăm người. Song dù sao chăng nữa thì chủ quyền và khoáng sản của đất nước vẫn cần được bảo vệ. Để bảo vệ nước cộng hòa, một quân đội gồm ... một quân nhân đã được thành lập - người này thực hiện chức năng của cả người lính lẫn chức năng của một vị tổng tư lệnh. (Hẳn rằng, khi có mặt ông ta thì ai nấy đều khó khẳng định: “một người trên trận tiền thì không phải là chiến binh”). Đến giữa những năm 80 của thế kỷ trước, trữ lượng kẽm và chì trên thực tế ở đây đã cạn kiệt, nhưng quốc gia Morene vẫn tồn tại cho đến năm 1920, sau đó mới được sáp nhập vào nước Bỉ.

Trong thời gian gần đây, những nguồn của cải thiên nhiên khác thường đã thu hút sự chú ý của các nhà chuyên môn: trong lòng biển Đỏ, ở độ sâu khoảng hai kilômet, người ta đã phát hiện được những vỉa quặng sền sệt chứa kẽm, đồng, bạc. Từ đó ra đời dự án chế tạo một chiếc tàu đặc biệt: từ mạn tàu, một ống hút sẽ được thả xuống đáy biển - qua ống hút này, quặng ở dạng bùn nhão sẽ được hút từ đáy biển lên. Trên tàu, bùn nhão sẽ được chế biến thành tinh quặng giàu kẽm.

Như vậy, quặng kẽm không những được khai thác ở trên cạn mà còn được khai thác cả ở dưới nước nữa. Và những tính chất của kim loại này cũng như các hợp kim chứa nó đang được nghiên cứu chẳng những trong các điều kiện của trái đất mà cả trong không gian vũ trụ: trong số các thì nghiệm do các nhà vật liệu học Bungari chuẩn bị để thực hiện trên trạm quỹ đạo “Chào mừng” của Liên Xô, cũng có thí nghiệm về việc nuôi các tinh thể kẽm và điều chế hợp kim của kẽm với sắt. Từ vũ trụ, liệu kẽm sẽ đem lại điều gì vui mừng cho chúng ta ?