“Cứng” mà lại ... mềm
Sn
Năm 1910, nhà khảo sát địa cực người Anh, thuyền trưởng Rôbec Xcot đã trang bị cho một đoàn thám hiểm có nhiệm vụ đi đến Nam cực, nơi mà thời bấy giờ con người chưa đặt chân đến. Những vị du khách quả cảm này đã trải qua nhiều tháng ngày gian nan trên hoang mạc băng tuyết của lục địa Nam cực, họ còn để lại trên đường đi của mình những kho nho nhỏ chứa thực phẩm và dầu hoả dự trữ cho đường trở về.
Cuối cùng, đầu năm 1912, đoàn thám hiểm đã đến Nam cực, nhưng thật là mất hết hứng khởi, vì Xcot đã phát hiện ra một dòng chữ ghi lại: thì ra trước đó một tháng, nhà thám hiểm Ruan Amunxen (Roald Amundsen) người Na Uy đã đến đây rồi. Song, tai họa chủ yếu đã chờ đợi Xcot trên đường trở về. Ngay tại kho trạm đầu tiên đã không còn dầu hoả nữa: các hộp sắt tây đựng dầu đã rỗng không. Những con người mệt mỏi, lạnh cóng và đói khát ấy không có gì để sưởi ấm, để nấu thức ăn. Vất vả lắm, họ mới lê bước được đến trạm tiếp theo, và ở đây cũng những cái hộp rỗng đã chờ đón họ: tất cả dầu hoả đều chảy hết. Không đủ sức chống đỡ với giá rét địa cực và những cơn bão tuyết dữ dội đang hoành hành ở Nam cực lúc đó, nên chẳng bao lâu, Rôbec Xcot và các chiến hữu của ông đã lần lượt bỏ mạng.
Vậy do đâu mà dầu hoả biến mất một cách bí hiểm như vậy ? Tại sao cuộc thám hiểm đã được trù tính kỹ càng lại phải kết thúc một cách bị thảm như vậy ?
Nguyên nhân thật đơn giản. Các hộp đựng dầu hoả bằng sắt tây đã được hàn bằng thiếc. Có lẽ các nhà thám hiểm đã không biết rằng, trong băng giá, thiếc bị “cảm lạnh”: lúc đầu thứ kim loại màu trắng lấp lánh này biến thành kim loại màu xám xịt, sau đó thì mủn ra thành bột. Hiện tượng này được gọi là “bệnh dịch của thiếc” và nó đã đóng vai trò định mệnh trong số phận của đoàn thám hiểm.
Từ lâu trước khi xảy ra sự kiện vừa kể, người ta đã biết rằng, thiếc rất dễ “mắc bệnh” khi bị lạnh. Ngay từ thời trung cổ, những người dùng bát đĩa bằng thiếc đã nhận thấy rằng, khi gặp lạnh, chúng sẽ bị bao phủ bởi những vết “lở loét” lan rộng dần và cuối cùng bát đĩa biến thành bột. Thêm vào đó, đĩa thiếc bị cảm lạnh chỉ cần chạm vào chiếc khác còn “khoẻ mạnh” thì chẳng mấy chốc, chiếc “khoẻ mạnh” cũng bị các vết xám xịt bao phủ rồi mủn ra.
Cuối thế kỷ trước, môt đoàn tàu hoả chở những thỏi thiếc đã khởi hành từ Hà Lan sang Nga. Khi đến Maxcơva, người ta mở các toa tàu ra thì thấy trong đó toàn là thứ bột xám chẳng dùng được vào việc gì cả. Mùa đông ở nước Nga đã “chơi khăm” môt vố độc ác với những người nhận thiếc.
Cũng vào khoảng những năm đó, một đoàn thám hiểm được trang bị tốt đã đến Xibia. Hình như mọi thứ đã được dự liệu để cho băng giá vùng Xibia không cản chở đến công việc tốt đẹp của đoàn. Nhưng các nhà thám hiểm vẫn phạm một sai sót: họ đã mang theo bát đĩa bằng thiếc, nên chỉ sau một thời gian ngắn, tất cả chúng đều bị hỏng. Thế là đành phải đẽo thìa và bát bằng gỗ để thay thế. Sau đó, đoàn thám hiểm mới có thể tiếp tục cuộc hành trình của mình.
Đầu thế kỷ XX, tại kho quân khu ở Petecbua đã xảy ra một chuyện rất tai tiếng: trong cuộc kiểm tra viên sĩ quan hậu cần đã phát hiện thấy là những chiếc cúc bằng thiếc dùng cho quân phục của các binh lính đã biến mất hết, các hòm đựng các loại cúc này thì đầy ắp một thứ bột xám. Mặc dầu trong kho rét buốt ghê người nhưng viên sĩ quan hậu cần khốn khổ vẫn toán hết mồ hôi. Tất nhiên, anh ta sẽ bị nghi là ăn cắp, mà điều đó thì chẳng hứa hẹn gì khác ngoài hình phạt khổ sai. Song kết luận của phòng thí nghiệm hoá học – nơi mà thứ bột trong các hòm được gửi đến để xét nghiệm, đã cứu con người tội nghiệp này: “Không phải nghi ngờ gì nữa, thứ bột mà các ngài gửi đến để phân tích chính là thiếc. Rõ ràng là trong trường hợp này đã xảy ra một hiện tượng mà hoá học gọi là “bệnh dịch của thiếc” .
Vậy thì sự biến đổi như vậy của thiếc đã diễn ra như thế nào ? Thời trung cổ, bọn thầy tu dốt nát cho rằng, “bệnh dịch của thiếc” là do những lời nguyền rủa của các mụ phù thuỷ gây ra, chính vì vậy nên nhiều người đàn bà không có tội tình gì đã bị thiêu sống trên đống lửa “trừ tà”. Với sự phát triển của khoa học, tính vô căn cứ của điều khẳng định như vậy là quá rõ ràng, nhưng suốt một thời gian dài, các nhà bác học vẫn không thể tìm được nguyên nhân thật sự của “bệnh dịch thiếc”.
Chỉ sau khi phép phân tích bằng tia rơngen giúp các nhà kim loại học nhìn nhận thấu tận tâm can và xác định được cấu trúc tinh thể của các kim loại, họ mới hoàn toàn minh oan cho các “mụ phù thuỷ” và nêu lên cách lý giải khoa học thực sự về hiện tượng bí ẩn này. Thì ra thiếc (cũng như các kim loại khác) có thể có các dạng tinh thể khác nhau. Ở nhiệt độ bình thường hoặc cao hơn thì thiếc trắng – một kim loại dẻo và dai, là biến thể bền vững nhất. Khi nhiệt độ xuống dưới 13 độ C, mạng tinh thể của thiếc được thay đổi lại để cho các nguyên tử bố trí trong không gian ít đặc sít hơn. Biến thể mới hình thành trong trường hợp này được gọi là thiếc xám; thiếc xám không còn các tính chất kim loại nữa và trở thành một chất bán dẫn. Ứng suất bên trong xuất hiện ở những chỗ tiếp giáp của các mạng tinh thể khác nhau làm cho thiếc bị rạn nứt và biến thành bột. Nhiệt độ xung quanh càng thấp thì sự chuyển hoá từ biến thể này sang biến thể kia diễn ra càng nhanh. Ở nhiệt độ – 33 độ C, tốc độ chuyển hoá này đạt tới trị số lớn nhất. Bởi vậy, những cơn giá rét khủng khiếp đã trừng phạt các đồ vật bằng thiếc một cách tàn nhẫn và nhanh chóng đến thế.
Tuy vậy, chính thiếc lại được sử dụng rộng rãi để hàn các khí cụ vô tuyến điện, nhất là các khí cụ bán dẫn, để mạ các dây dẫn và các chi tiết khác; thiếc vẫn còn đi với chúng đến cả Bắc cực lẫn Nam cực và những nơi lạnh lẽo khác trên hành tinh của chúng ta . Thế có nghĩa là tất cả các khí cụ mà trong đó có sử dụng thiếc đều rất chóng hỏng hay sao? Tất nhiên là không. Các nhà bác học đã biết cách “tiêm chủng” cho thiếc, tạo cho kim loại này tính miễn dịch đối với “bệnh dịch thiếc”. Chẳng hạn, bimut là thứ “vacxin” thích hợp nhất cho mục đích này. Bằng cách cung cấp các điện tử bổ xung cho mạng tinh thể của thiếc, các nguyên tử bimut làm cho trạng thái của thiếc được ổn định, hoàn toàn loại trừ được khả năng “nhiễm bệnh”.
Thiếc nguyên chất có một tính chất đáng chú ý : khi uốn cong một thỏi hoặc một tấm thiếc, ta nghe thấy tiếng tí tách khe khẽ - đó là “tiếng kêu của thép”. Dấu hiệu đặc trưng này xuất hiện do sự cọ xát lẫn nhau giữa các tinh thể thiếc khi chúng bị xê dịch và biến dạng. Còn các hợp kim của thiếc với các kim loại khác thì trong tình huống như vậy, như người ta thường nói, chúng lại biết “giữ mồm giữ miệng”.
(còn nữa)