🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook 10 Vạn Câu Hỏi Vì Sao - Hoá học - Nguyễn Văn Mậu full prc pdf epub azw3 [Tự Nhiên Học] Ebooks Nhóm Zalo LỜI NHÀ XUẤT BẢN Mười vạn câu hỏi vì sao là bộ sách phổ cập khoa học dành cho lứa tuổi thanh, thiếu niên. Bộ sách này dùng hình thức trả lời hàng loạt câu hỏi "Thế nào?", "Tại sao?" để trình bày một cách đơn giản, dễ hiểu một khối lượng lớn các khái niệm, các phạm trù khoa học, các sự vật, hiện tượng, quá trình trong tự nhiên, xã hội và con người, giúp cho người đọc hiểu được các lí lẽ khoa học tiềm ẩn trong các hiện tượng, quá trình quen thuộc trong đời sống thường nhật, tưởng như ai cũng đã biết nhưng không phải người nào cũng giải thích được. Bộ sách được dịch từ nguyên bản tiếng Trung Quốc do Nhà xuất bản Thiếu niên Nhi đồng Trung Quốc xuất bản. Do tính thiết thực tính gần gũi về nội dung và tính độc đáo về hình thức trình bày mà ngay khi vừa mới xuất bản ở Trung Quốc, bộ sách đã được bạn đọc tiếp nhận nồng nhiệt, nhất là thanh thiếu niên, tuổi trẻ học đường. Do tác dụng to lớn của bộ sách trong việc phổ cập khoa học trong giới trẻ và trong xã hội, năm 1998 Bộ sách Mười vạn câu hỏi vì sao đã được Nhà nước Trung Quốc trao "Giải thưởng Tiến bộ khoa học kĩ thuật Quốc gia", một giải thưởng cao nhất đối với thể loại sách phổ cập khoa học của Trung Quốc và được vinh dự chọn là một trong "50 cuốn sách làm cảm động Nước Cộng hoà" kể từ ngày thành lập nước. Bộ sách Mười vạn câu hỏi vì sao có 12 tập, trong đó 11 tập trình bày các khái niệm và các hiện tượng thuộc 11 lĩnh vực hay bộ môn tương ứng: Toán học, Vật lí, Hoá học, Tin học, Khoa học môi trường, Công nghệ, Trái Đất, Cơ thể người, Khoa học vũ trụ, Động vật, Thực vật và một tập Hướng dẫn tra cứu. Ở mỗi lĩnh vực, các tác giả vừa chú ý cung cấp các tri thức khoa học cơ bản, vừa chú trọng phản ánh những thành quả và những ứng dụng mới nhất của lĩnh vực khoa học kĩ thuật đó. Các tập sách đều được viết với lời văn dễ hiểu, sinh động, hấp dẫn, hình vẽ minh hoạ chuẩn xác, tinh tế, rất phù hợp với độc giả trẻ tuổi và mục đích phổ cập khoa học của bộ sách. Do chứa đựng một khối lượng kiến thức khoa học đồ sộ, thuộc hầu hết các lĩnh vực khoa học tự nhiên và xã hội, lại được trình bày với một văn phong dễ hiểu, sinh động, Mười vạn câu hỏi vì sao có thể coi như là bộ sách tham khảo bổ trợ kiến thức rất bổ ích cho giáo viên, học sinh, các bậc phụ huynh và đông đảo bạn đọc Việt Nam. Trong xã hội ngày nay, con người sống không thể thiếu những tri thức tối thiểu về văn hóa, khoa học. Sự hiểu biết về văn hóa, khoa học của con người càng rộng, càng sâu thì mức sống, mức hưởng thụ văn hóa của con người càng cao và khả năng hợp tác, chung sống, sự bình đẳng giữa con người càng lớn, càng đa dạng, càng có hiệu quả thiết thực. Mặt khác khoa học hiện đại đang phát triển cực nhanh, tri thức khoa học mà con người cần nắm ngày càng nhiều, do đó, việc xuất bản Tủ sách phổ biến khoa học dành cho tuổi trẻ học đường Việt Nam và cho toàn xã hội là điều hết sức cần thiết, cấp bách và có ý nghĩa xã hội, ý nghĩa nhân văn rộng lớn. Nhận thức được điều này, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam cho xuất bản bộ sách Mười vạn câu hỏi vì sao và tin tưởng sâu sắc rằng, bộ sách này sẽ là người thầy tốt, người bạn chân chính của đông đảo thanh, thiếu niên Việt Nam đặc biệt là HS, SV trên con đường học tập, xác lập nhân cách, bản lĩnh để trở thành công dân hiện đại, mang tố chất công dân toàn cầu. NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC VIỆT NAM 1. Vì sao nói mọi vật trên thế giới đều do các nguyên tố tạo nên? Nói cho cùng thì mọi vật trên thế giới do cái gì tạo nên? Từ hơn 2000 năm trước đã có người đặt ra câu hỏi này. Mãi cho đến khi khoa học Hoá học phát triển, người ta đã tiến hành phân tích vô số các mẫu vật mới phát hiện được: Các vật trên thế giới đều do một số không nhiều lắm các chất đơn giản như: cacbon, hyđro, oxy, nitơ, sắt…tạo nên. Hơn thế nữa, người ta có thể dùng các chất đơn giản này tổng hợp nên nhiều chất phức tạp đa dạng khác. Người ta gọi các chất đơn giản cơ bản này là các nguyên tố. Ví dụ oxy và sắt là những nguyên tố, còn oxit sắt lại không phải là nguyên tố, vì oxit sắt là do các nguyên tố sắt và oxy tạo nên. Đến nay người ta đã phát hiện ra tất cả 109 nguyên tố. Từ nguyên tố có số thứ tự 93 đến 109 đều là các nguyên tố nhân tạo, trong đó nguyên tố 109 mới được phát hiện vào năm 1982. Đến đây chắc các bạn sẽ nửa tin nửa ngờ đặt ra câu hỏi: chỉ với 109 nguyên tố, một con số không lấy gì làm lớn cho lắm mà lại tạo ra được hàng ngàn, hàng vạn các vật khác nhau trên thế giới sao? Quả tình thì điều này chả có gì lạ cả. Chẳng lẽ các bạn không thấy là từ các nét chữ, con chữ đơn giản người ta đã viết nên những pho sách thiên kinh, vạn quyển đó sao? Đối với các nguyên tố cũng vậy. Từ các nguyên tố khác nhau, số lượng khác nhau cho "kết hợp" với nhau có thể tạo nên nhiều chất phức tạp, các nhà hoá học gọi đó là các hợp chất. Ngày nay người ta đã tổng hợp ước đến 3 triệu loại hợp chất khác nhau. Các vật mà chúng ta trông thấy hằng ngày, tuyệt đại đa số không phải là các nguyên tố mà là các hợp chất, do nhiều loại nguyên tố kết hợp với nhau mà thành. Ví dụ như nước là do hai nguyên tố oxy và hyđro tạo nên. Monooxit cacbon và đioxit cacbon đều do hai nguyên tố oxy và cacbon tạo nên. Khí đầm lầy (metan), khí đốt thiên nhiên, than đá, vazơlin đều do hai nguyên tố cacbon và hyđro kết hợp với nhau mà thành. Rượu, đường, chất béo, tinh bột là do 3 nguyên tố cacbon, hyđro, oxy tạo nên. Không chỉ các chất trên Trái Đất mới do các nguyên tố tạo nên mà các chất trên các hành tinh khác cũng do các nguyên tố tạo nên. Điều làm người ta hết sức lạ lùng là nếu đối chiếu các nguyên tố có trên Trái Đất và các nguyên tố ở trên các thiên thể khác thì chúng "không hẹn mà nên" đều hoàn toàn giống nhau. Nếu đưa các "vị khách đến từ bên ngoài" như các thiên thạch đi phân tích bằng các phương pháp trực tiếp hoặc bằng phân tích quang phổ, người ta tìm thấy rằng không có nguyên tố nào có mặt trên các thiên thể khác lại không có mặt trên Trái Đất của chúng ta. Từ khoá: Nguyên tố; Hợp chất. 2. Thế nào là hạtcơ bản? Vào đầu thế kỷ XX, người ta tìm thấy nguyên tử là do điện tử và hạt nhân nguyên tử tạo nên. Nguyên tử đã bé nhưng hạt nhân nguyên tử lại còn bé hơn nhiều. Nếu xem nguyên tử như một toà nhà cao 10 tầng thì hạt nhân nguyên tử chỉ bằng hạt đậu bé tí xíu. Thế nhưng hạt nhân nguyên tử lại có thể chia thành nhiều "phần nhỏ hơn" nữa. Các "thành phần nhỏ hơn" này đều là "cư dân" của thế giới nguyên tử và có nhiều chủng loại. Ban đầu người ta phát hiện 4 loại: điện tử, quang tử, proton và nơtron. Về sau, người ta lại phát hiện thêm positron (điện tử dương), nơtrino, mezon, siêu tử, variton..., người ta gọi chúng là các hạt cơ bản. Vào năm 1972, Viện nghiên cứu vật lý năng lượng cao của Trung Quốc ở Vân Nam đã đo các tia vũ trụ và phát hiện một hạt nặng mới mang điện là một hyperon. Vào mùa thu năm 1974, một nhà vật lý quốc tịch Mỹ là giáo sư Đinh Triệu Trung cùng các đồng sự đã phát hiện một loại quang tử nặng mới gọi là hạt J. Vào năm 1979, Đinh Triệu Trung và các cộng sự lại phát hiện một loại hạt cơ bản mới là mezon. Theo lý luận và thực nghiệm, các hạt cơ bản như proton, nơtron do tổ hợp các hạt quac và các mezon tạo nên. Vì vậy ngày nay có người cho proton và nơtron không phải là hạt cơ bản. Theo các số liệu thống kê, hiện tại người ta đã phát hiện gần 400 loại hạt cơ bản và đội ngũ các hạt cơ bản ngày càng được tiếp tục phát hiện và bổ sung. Trong họ hàng các hạt cơ bản, các hạt khác nhau rất nhiều. Ví dụ một hạt nơtrinô hoặc phản nơtrinô chỉ có khối lượng bằng một phần vạn khối lượng của điện tử. Có điều đáng chú ý là khối lượng tĩnh của quang tử (photon) bằng không. Hạt có khối lượng lớn nhất là các siêu tử. Siêu tử có khối lượng lớn gấp 624000 lần khối lượng điện tử. Chỉ có điều thời gian sống của các siêu tử rất ngắn, chỉ vào khoảng 1 phần tỷ của giây. Gia đình họ mezon rất nhiều, có loại mang điện dương, có loại mang điện âm, có loại không mang điện, khối lượng của các mezon trung gian giữa điện tử và proton. Có loại mezon có thể xâm nhập vào hạt nhân nguyên tử khơi mào cho các phản ứng hạt nhân. Người ta còn phát hiện các hạt cơ bản có thể biến đổi qua lại. Ví dụ với các điện tử và dương điện tử: hai loại hạt này có kích thước như nhau, khối lượng như nhau, mang cùng lượng điện chỉ có khác dấu, một loại mang điện âm, một loại mang điện dương. Khi dương điện tử gặp điện tử sẽ biến thành hai photon. Khi một proton gặp một phản proton sẽ mất điện tích và biến thành phản trung tử không tích điện. Vào tháng 3 năm 1960, nhà vật lý học Trung Quốc Vương Cán Xương trong Hội nghị quốc tế lần thứ IX về vật lý năng lượng cao đã đọc báo cáo về hạt siêu tử là hạt phản sigma tích điện âm (∑). Từ đó có thể thấy các "cư dân" nhỏ bé trong thế giới nguyên tử không phải đứng cô lập mà có liên hệ với nhau, biến hoá lẫn nhau. Hạt cơ bản có phải là hạt nhỏ nhất, "cơ bản" nhất trong thế giới vật chất không? Thực ra không tồn tại các "hạt cơ bản" không thể chia nhỏ được, người ta thấy càng đi sâu thì càng thấy thế giới các hạt cơ bản là vô cùng, vô tận. Ngày nay người ta đưa ra nhiều lý thuyết liên quan đến các hạt cơ bản. Các nhà vật lý Trung Quốc đưa ra "mô hình lớp hạt", nhà vật lý nổi tiếng Nhật Bản Bản Điền đưa ra "mô hình Bản Điền"… Cho dù "cư dân" thế giới nguyên tử có nhỏ nhất đến mức nào, nhưng các nhà khoa học đang cố hết sức đi sâu nỗ lực mở ra màn bí mật của các hạt cơ bản. Từ khoá: Hạt cơ bản. 3. Có phảicác chất như nước, đường, thép đều do các hạt nhỏ cấu tạo nên? Khi ta cho đường vào nước, một lúc sau các hạt đường sẽ biến mất và nước lại có vị ngọt. Khi bạn đứng gần một chiếc xe ô tô đang nhận tiếp xăng, bạn sẽ ngửi thấy mùi xăng. Hiện tượng này làm nhiều người nghĩ rằng vật chất có phải do các hạt nhỏ mắt ta không nhìn thấy tạo nên chăng? Qua nghiên cứu, các nhà hoá học tìm thấy vật chất đại đa số là do các phân tử nhỏ tạo nên. Ví dụ đường là do nhiều phân tử đường tạo nên. Các chất như nước, oxy, rượu ... đều do các phân tử tạo nên. Phân tử là các loại hạt như thế nào? Chúng ta đều biết đường có tính chất chung là ngọt. 10gam đường có vị ngọt, khi chia thành 5g, 2,5g, 1,25g... thì các phần nhỏ đó của đường cũng đều có vị ngọt. Nếu ta tưởng tượng nếu có thể chia nhỏ, đến từng phần nhỏ đến mức mắt thường không nhìn thấy, thì các phần nhỏ này cũng có vị ngọt. Đương nhiên các phân tử đường còn có thể chia nhỏ, ví dụ dùng nhiệt thì có thể biến đường thành cacbon và nước, nhưng lúc bấy giờ sẽ không còn giữ được tính chất vốn có của đường nữa và đã biến thành chất khác. Do đó có thể thấy phân tử là các hạt nhỏ còn giữ được tính chất vốn có của phân tử. Các phân tử cùng loại có tính chất giống nhau. Các phân tử khác loại sẽ có tính chất khác nhau. Vậy phân tử lớn cỡ bao nhiêu? Không có tiêu chuẩn nào quy định độ lớn của phân tử. Phân tử có loại có kích thước lớn, có loại kích thước bé. Độ lớn nhỏ có thể cách nhau đến hàng triệu lần. Các phân tử của cao su, của các protein có kích thước rất lớn, người ta gọi đó là các cao phân tử. Còn các phân tử oxy, hyđro, phân tử nước là những phân tử có kích rất bé. Các phân tử dù lớn, dù bé đều do các "hạt nhỏ" là những nguyên tử cấu tạo nên. Phân tử nước là do hai nguyên tử hyđro và một nguyên tử oxy cấu tạo nên. Các nguyên tử có độ lớn không khác nhau nhiều lắm. Các chất dẻo, các protein sở dĩ có kích thước lớn là do rất nhiều nguyên tử cấu tạo nên. Ngoài ra các nguyên tử cũng có thể kết hợp với nhau để tạo nên vật chất như sắt, đồng, vàng, bạc... là những kim loại nói chung là do các nguyên tử sắt, đồng, vàng, bạc... cấu tạo nên. Vì vậy phân tử và nguyên tử đều là những hạt nhỏ cấu tạo nên vật chất. Phân tử vừa nhỏ lại vừa nhẹ. Ví dụ phân tử nước chỉ nặng vào khoảng 0,00000000000000000000003g nghĩa là nếu lấy gam làm đơn vịthì con số có nghĩa phải đứng sau 22 con số 0! Phân tử nước nhỏ như vậy nên một giọt nước sẽ có vô số phân tử, số phân tử nước trong một giọt nước lớn đến kinh người. Thế thông thường thì một giọt nước có bao nhiêu phân tử? Nếu có 1000 người, mỗi người mỗi giây đếm một phân tử nước, đếm liên tục không ngừng giây nào, đếm suốt một năm thì số phân tử đếm được chỉ bằng 1 phần năm tỷ số phân tử có trong 1 giọt nước. Từ khoá: Phân tử; Nguyên tử. 4. Vì sao có thể dự đoán được nguyên tố còn chưatìm thấy? Vào năm 1886, một nhà hoá học người Đức là Winkler đã tìm thấy một nguyên tố mới là nguyên tố Gecmani (Ge). Ông đã dự đoán các số liệu thực nghiệm sau đây: 1. Khối lượng nguyên tử 72,5 2. Tỷ trọng 5,47 3. Không hoà tan trong axit clohydric 4. Oxit của nguyên tố này có công thức GeO2 5. Tỷ trọng của oxit là 4,70 6. Trong dòng khí hyđro đốt nóng, GeO2 bị khử thành kim loại Ge 7. Ge(OH)2 có tính kiềm yếu 8. GeCl4 là chất lỏng, nhiệt độ sôi ts = 83°C, tỷ trọng 1,887 Có điều kỳ lạ là ngay từ năm 1871, lúc còn chưa ai biết đến nguyên tố này, nhà hoá học Nga Menđeleev đã dự đoán hết sức chính xác về tính chất, đặc điểm của nguyên tố Gecmani này. Menđeleev đã đưa ra các lời dự đoán về nguyên tố còn chưa biết như sau: 1. Khối lượng nguyên tử 72 2. Tỷ trọng 5,5 3. Là kim loại không tan trong axit clohydric 4. Oxit của kim loại có công thức MO2 (bấy giờ nguyên tố gecmani còn chưa được phát hiện nên người ta dùng chữ M để biểu diễn nguyên tố mới) 5. Oxit có tỷ trọng 4,7 6. Oxit của kim loại dễ dàng bị khử để cho kim loại. 7. Oxit của kim loại có tính kiềm rất yếu 8. Clorua của kim loại có công thức MCl4 là chất lỏng, có nhiệt độ sôi 90°C. Tỷ trọng của chất lỏng này bằng 1,9. Các bạn thử so sánh dự đoán của Menđeleev và các số liệu thực nghiệm do Winkler công bố, bạn đã thấy các dự đoán của Menđeleev quả là rất chính xác. Lời dự đoán của Menđeleev không phải là "nhắm mắt nói mò" mà ông đã dùng một phương pháp suy luận, phán đoán hết sức khoa học, hết sức chặt chẽ. Từ trước khi có các dự báo của Menđeleev nhiều nhà hoá học đã kế tiếp nhau phát hiện nhiều nguyên tố và đã phát hiện được hơn 60 nguyên tố. Thế nhưng liệu có bao nhiêu nguyên tố tất cả thì chưa có ai trả lời được. Để giải đáp câu hỏi này, các nhà khoa học đã đi sâu nghiên cứu tìm hiểu liệu có quy luật nào giữa các nguyên tố hay không? Có người dựa theo các tính chất vật lý của các nguyên tố như điểm nóng chảy, điểm sôi, màu sắc, trạng thái, tỷ trọng, độ cứng, tính dẫn điện, dẫn nhiệt… để phân loại. Có người dựa theo tính chất hoá học, hoá trị, tính axit, tính kiềm để phân loại, thế nhưng chưa có ai tìm được quy luật. Trong khi học tập người đi trước, Menđeleev đã tổng kết các kinh nghiệm của người đi trước, ông đã quyết định dùng một phương pháp mới: Ông đã dùng các thuộc tính vốn có của các nguyên tố không chịu ảnh hưởng của các điều kiện ngoại cảnh như khối lượng nguyên tử, hoá trị làm cơ sở để tìm mối liên hệ nội tại giữa các nguyên tố. Trước tiên Menđeleev đã chọn khối lượng nguyên tử và hoá trị để tiến hành phân tích và đã cải chính khối lượng nguyên tử của 8 nguyên tố là Be, In, U, Os, Ir, Pt, Y và Ti mà những sai lầm về khối lượng này đã được mọi người ngộ nhận trong một thời gian dài. Menđeleev đã tổng hợp các đặc tính của các nguyên tố, phát hiện được quy luật tuần hoàn của các nguyên tố, dùng quy luật biến đổi tuần hoàn để sắp xếp các nguyên tố thành bảng tuần hoàn các nguyên tố. Các vịtrí tương ứng trên bảng tuần hoàn dù đã có các nguyên tố hay còn chưa có các nguyên tố, thì vị trí của bản thân nguyên tố cũng nêu đủ toàn bộ tính chất của nguyên tố. Dự đoán chính xác của Menđeleev về Gecmani dựa vào: nguyên tố đứng bên trái Ge là Gali có khối lượng nguyên tử là 69,72; nguyên tố Asen ở bên phải có khối lượng 74,92; nguyên tố đứng trên là Silic có khối lượng nguyên tử 28,08; nguyên tố đứng phía dưới là thiếc Sn có khối lượng nguyên tử là 118,6. Trung bình cộng của 4 nguyên tố trái, phải, trên, dưới của các khối lượng nguyên tử là 72,86. Sau này rõ ràng Ge có khối lượng nguyên tử là 72,61. Đó không phải là ngẫu nhiên mà là có tính quy luật. Dựa vào cùng một phương pháp, Menđeleev cho dự đoán của 3 nguyên tố khác. Chỉtrong vòng 20 năm, các nguyên tố này dần dần được phát hiện mà các tính chất của các nguyên tố này thực tế lại hết sức phù hợp với dự đoán. Việc phát hiện quy luật thay đổi tuần hoàn của các nguyên tố hoá học không chỉ kết thúc sự cô lập của các nguyên tố, kết thúc trạng thái hỗn loạn mà đã đem lại cho người ta một nhãn quan khoa học nhận thức quy luật nội bộ tự nhiên của các nguyên tố. Từ khoá: Bảng tuần hoàn các nguyên tố; Quy luật tuần hoàn các nguyên tố. 5. Liệu còn có thể phát hiện được các nguyên tố mới không? Mọi vật trên thế giới đều do các nguyên tố cấu tạo nên. Ngày nay người ta đã phát hiện được 109 nguyên tố. Thế liệu người ta còn có thể tiếp tục phát hiện được các nguyên tố mới trên thế giới không? Việc phát hiện các nguyên tố đã trải qua một thời kỳ thăng trầm dai dẳng. Vào năm 1869, lúc nhà hoá học Nga Menđeleev phát minh bảng tuần hoàn các nguyên tố, người ta mới phát hiện được 63 nguyên tố. Những năm sau đó, với sự phát minh kỹ thuật phân tích quang phổ, một trào lưu tìm các nguyên tố mới được phát triển rầm rộ. Người ta dùng phương pháp phân tích quang phổ để phân tích đất đá, nước sông, nước hồ, nước biển và đã liên tục phát hiện được nhiều nguyên tố mới. Đến những năm 40 của thế kỷ XX, trong bảng tuần hoàn đã có các nguyên tố đến ô 92 là nguyên tố uran, trừ các ô còn trống là ô 43, 61, 85, 87 còn các ô khác đều đã có chủ. Vì vậy, có người cho rằng uran ở ô số 92 là nguyên tố cuối cùng. Chính vào lúc các nhà hóa học như đã đến chỗ cùng trời cuối đất thì các nhà vật lý vào cuộc. Các nhà vật lý đã chế tạo liền hai ba nguyên tố từ các phòng thí nghiệm theo phương pháp nhân tạo. Vào năm 1937, chế tạo nguyên tố thứ 43 là nguyên tố ternexi, năm 1939 chế tạo nguyên tố thứ 87 là nguyên tố franxi, năm 1940 chế tạo nguyên tố thứ 85 là nguyên tố astatin. Sau khi phát hiện astatin, suốt một thời gian sau đó người ta vẫn không thấy nguyên tố 61. Đến năm 1945, người ta mới tìm thấy nguyên tố prometi trong các mảnh của sự phân rã urani. Như vậy, đến đây toàn bộ các ô bị bỏ trống trong bảng tuần hoàn mới được lấp kín. Kể từ năm 1940, sau khi chế tạo được nguyên tố nepturin, nguyên tố số 93 và nguyên tố plutoni, nguyên tố thứ 94 thì cứ cách mấy năm người ta lại tổng hợp được một nguyên tố mới. Từ năm 1944 đến năm 1954, trong vòng 10 năm, người ta đã chế tạo được 6 nguyên tố từ nguyên tố số 95 đến nguyên tố thứ 100, đó là các nguyên tố: amerixi, curi, berkli, califoni, einsteini và fecmi. Năm 1955, xuất hiện nguyên tố 101, nguyên tố menđelevi, năm 1961 chế tạo được nguyên tố 103, nguyên tố lorenxi. Năm 1964, lần đầu tiên người ta chế tạo được nguyên tố số 104 ở Liên Xô, đó là nguyên tố ruzơfoni (Rf). Năm 1970, xuất hiện nguyên tố 105 nguyên tố hani (Ha). Nguyên tố 106 được phát hiện vào năm 1974, được tạm đặt tên là unnilaexi (Unh). Năm 1976, phát hiện nguyên tố 107, nguyên tố unnisepti (Uns). Các năm sau đó tiếp tục phát hiện được nguyên tố 108, nguyên tố unolocti (Uno) và nguyên tố 109, tức nguyên tố unrileni (Une). Những năm gần đây, một số phòng thí nghiệm thông báo về sự phát hiện nguyên tố thứ 110, 111… Thế bảng danh sách dài các nguyên tố liệu có điểm kết thúc hay không? Liệu có thể còn có bao nhiêu nguyên tố mới sẽ được phát hiện? Thực ra thì các nguyên tố từ số 93 trở đi đều là các nguyên tố nhân tạo và có tính phóng xạ. Nguyên tố phóng xạ có đặc tính là các nguyên tố luôn thay đổi. Trong quá trình lưu giữ, các nguyên tố phóng xạ một mặt phát ra các tia bức xạ một mặt biến thành các nguyên tố khác. Các biến hoá có thể xảy ra chậm hoặc nhanh. Các nhà khoa học dùng khái niệm chu kỳ bán rã để đánh giá độ bền vững của các nguyên tố phóng xạ. Thế nào là chu kỳ bán rã? Chu kỳ bán rã là thời gian cần thiết để một nửa lượng nguyên tố phóng xạ phân rã thành nguyên tố khác. Người ta phát hiện một quy luật đối với các nguyên tố phóng xạ là các nguyên tố có số thứ tự càng lớn thì chu kỳ bán rã càng bé. Ví dụ nguyên tố số thứ tự 98 có chu kỳ bán rã là 470 năm, nguyên tố thứ 99 có chu kỳ bán rã chỉ 19,3 ngày. Nguyên tố thứ 100 có chu kỳ bán rã 15 giờ, nguyên tố 101 có chu kỳ bán rã 30 phút, nguyên tố 103 có chu kỳ bán rã 8 giây, nguyên tố 107 có chu kỳ bán rã 1/1000 giây, còn nguyên tố thứ 110 có chu lỳ bán rã chỉ vào khoảng 1 phần tỷ của giây. Việc phát hiện các nguyên tố phóng xạ có chu kỳ bán rã ngắn dĩ nhiên sẽ hết sức khó khăn. Trong những năm gần đây, đã có luận điểm cho rằng, trong số các nguyên tố phóng xạ còn chưa phát hiện được, có thể có các nguyên tố khá bền như các nguyên tố số 114, 126, 164. Các luận điểm này có chính xác hay không còn chờ được kiểm định bằng thực tiễn. Từ khoá: Nguyên tố; Nguyên tố mới; Chu kỳ bán rã. 6. Thế nào là nguyên tố phóng xạ? Vào năm 1896, trong phòng thí nghiệm của nhà vật lý người Pháp là Becquerel xuất hiện một sự kiện lạ: Một gói phim được bao bọc rất kỹ đột nhiên bị lộ sáng. Một bình đựng hợp chất kẽm sunfua để trên bàn tự nhiên phát ra ánh sáng màu lục. Nguyên nhân từ đâu? Becquerel vội đi tìm hiểu nguyên nhân, vất vả như tìm kim ở đáy biển. Cuối cùng ông đã tìm ra nguyên nhân do một bình đựng hợp chất kết tinh màu vàng đặt ở trên bàn gây ra. Qua nghiên cứu, Becquerel đã vén lên bức màn bí mật và phát biểu trong luận văn của ông: Loại tinh thể màu vàng này chính là muối kali sunfat uranyl. Đây là hợp chất có tính chất là phóng ra các tia bức xạ không nhìn thấy có thể làm cho phim ảnh bị lộ sáng, làm cho các chất phát quang phát sáng. Những nghiên cứu của Becquerel gây sự chú ý của bà Marie Curie. Bà đã cùng chồng là Piere Curie, sau quá trình làm việc gian khổ, đến năm 1898 đã phát minh hai nguyên tố mới là poloni và rađi là hai nguyên tố có tính phóng xạ còn mạnh hơn urani. Do đó người ta gọi các nguyên tố urani, poloni, rađi là 3 nguyên tố tự nhiên phát ra các tia bức xạ là các nguyên tố phóng xạ. Không lâu sau đó, người ta đã phát hiện thêm nhiều nguyên tố phóng xạ tự nhiên và nguyên tố phóng xạ nhân tạo. Tuỳ thuộc sự phát triển của khoa học kỹ thuật mà các nguyên tố ngày càng được phát hiện nhiều hơn. Các bức xạ do các nguyên tố phóng xạ phát ra hết sức nguy hiểm. Khi các tia phóng xạ có cường độ lớn quá một mức nào đó sẽ giết chết tế bào, gây tổn hại cho cơ thể con người. Chính Becquerel là người đầu tiên "bị vạ" do tia phóng xạ. Một hôm ông đi giảng bài, bỏ quên một ống đựng rađi trong túi. Mấy ngày sau, tại đám da cọ xát với ống chứa rađi phát ra các nốt mẩn đỏ là do các tia phóng xạ của rađi gây bỏng da. Piere Curie trong quá trình tìm hiểu bí mật của nguyên tố phóng xạ đã dùng ngón tay mình làm thí nghiệm: Ông để cho ngón tay chịu sự chiếu xạ của các tia phóng xạ, ban đầu ngón tay phát đỏ sinh ra các nốt bỏng sau đó gây hoại tử, phải chữa trị mấy tháng mới khỏi. Curie đã ghi chép cẩn thận sự kiện xảy ra. Ngoài ra đi, ngày nay người ta còn dùng Co - 60, iod - 132, photpho - 32 là những đồng vị phóng xạ để chữa trị bệnh ung thư. Người ta còn dùng nguyên tố phóng xạ để làm nguyên tử đánh dấu. Nếu cho uống hoặc tiêm một lượng nhỏ chất phóng xạ vào cơ thể, các tia bức xạ sẽ xuyên qua các tổ chức mô của cơ thể. Nhờ đó mà thầy thuốc có thể biết nơi nào của cơ thể có thể bị bệnh. Các chất phóng xạ không chỉ dùng trong chữa trị bệnh mà còn dùng trong quá trình sản xuất. Ví dụ người ta dùng nguyên tố phóng xạ để đo đạc trong luyện thép, nghiên cứu cấu trúc hợp kim, kiểm tra sự rò rỉ của đường ống nước, tìm nước ngầm, v.v Từ khoá: Nguyên tố phóng xạ. 7. Về không khí Vào năm 1771, tại một phòng bào chế thuốc ở Thuỵ Điển, dược sĩ Haler đang loay hoay giữa đám chai lọ, hộp tiêu bản. Haler vốn là người ham mê khoa học, thường ngày khi pha chế thuốc, ông thường san qua, đổ lại các dung dịch nước thuốc, mong tìm hiểu các bí mật hoá học. Một hôm, ông vớt một cục photpho trắng từ nước ra và cho vào một lọ không. Photpho trắng vốn là chất dễ bốc cháy, bình thường có thể bốc cháy trong không khí, nên khi bỏ cục photpho vào bình, photpho tự cháy phát ra ánh sáng loé mắt và cho đám khói trắng dày đặc - đó chính là đám bụi pentoxit photpho màu trắng. Haler dùng nút đậy kín bình, photpho ban đầu cháy rất mạnh nhưng chỉ sau một chốc, ngọn lửa tắt. Haler lật ngược bình lại, cho miệng bình úp lên mặt nước, rồi mở nút bình, nước lập tức tự động dâng lên trong bình, nhưng mực nước chỉ dâng lên đến 1/5 thể tích của bình thì dừng lại. Sự kiện này làm Haler hết sức kinh ngạc. Ông liền lặp đi lặp lại thí nghiệm nhiều lần và cùng thu được một kết quả. Haler muốn tìm hiểu bản chất loại khí có trong bình, ông cẩn thận nút chặt bình lại, sau đó lấy bình ra khỏi nước, rồi lại lấy photpho trắng cho vào bình. Photpho trắng không bị cháy trong bầu khí còn lại trong bình. Ông lại lấy một con chuột cho vào bình, con chuột giẫy lên mấy cái rồi chết. Sự kiện này gợi sự chú ý của nhà hoá học Pháp Lavoisier. Lavoisier đã tiến hành lặp lại thí nghiệm hết sức cẩn thận, cuối cùng đã làm rõ bản chất sự việc: 1/5 thể tích khí mất đi là loại khí "dưỡng khí", còn lại là khí "đạm khí". Dưỡng khí là khí nuôi dưỡng sự cháy, còn "đạm khí" là khí không nuôi dưỡng sự cháy. (Ngày nay dưỡng khí có tên hóa học là oxy, đạm khí là nitơ). Khi nghiên cứu cẩn thận và đo chính xác thì trong không khí khô (tính theo thể tích), dưỡng khí chiếm 21%, đạm khí 78%, khí phụ 0,94%, cacbon đioxit 0,03%, các tạp chất khác 0,03%. Từ khoá: Không khí; Dưỡng khí; Đạm khí. 8. Vì sao nước lại không cháy? Đặt ra câu hỏi này có vẻ hơi thừa. Nước không cháy, ai chả biết. Thế nhưng tại sao nước không cháy, quả là câu hỏi không dễ trả lời. Để giải đáp rõ ràng câu hỏi này, trước hết ta phải hiểu sự cháy là gì? Thông thường thì sự cháy là phản ứng hoá học của các chất với oxy. Có những chất ngay ở nhiệt độ thường, cũng bốc cháy khi gặp oxy. Photpho trắng là một ví dụ. Lại có những chất như than đá (thành phần chủ yếu là cacbon), hyđro, lưu huỳnh, ở nhiệt độ thường khi tiếp xúc oxy không hề có phản ứng, nhưng khi tăng cao nhiệt độ thì chúng sẽ bốc cháy. Trông bên ngoài thì rượu, xăng, dầu hoả, nước đều là những chất lỏng trong suốt, rất giống nhau. Thế nhưng rượu là do ba nguyên tố cacbon, hyđro, oxy, còn xăng, dầu hoả là do hai nguyên tố cacbon, hyđro tạo thành. Đại bộ phận các chất chứa cacbon đều có thể cháy được. Rượu, xăng, dầu hoả có 1 nguyên tử cacbon kết hợp với hai nguyên tử oxy thành phân tử cacbon đioxit. Còn các nguyên tử hyđro lại kết hợp với oxy thành phân tử nước và do đó các hợp chất nói trên đều cháy sạch. Đến đây chắc các bạn đều đã rõ tại sao nước lại không cháy. Nước là do hai nguyên tố hyđro và oxy tạo nên, là do kết quả sự cháy của nguyên tố hyđro. Đã là sản phẩm của sự cháy nên đương nhiên nó không có thể có khả năng lại tiếp tục kết hợp với oxy hay nói cách khác nó không thể lại cháy một lần nữa. Cùng với lý luận tương tự, cacbon đioxit là sản phẩm cuối cùng của sự cháy nên cacbon đioxit không thể cháy được nữa. Do cacbon đioxit không tiếp dưỡng được sự cháy, lại có tỷ trọng nặng hơn không khí, nên người ta dùng cacbon đioxit để dập lửa. Đương nhiên cũng không ít loại vật chất không thể hoá hợp với oxy cho dù có đưa nhiệt độ lên cao đến mấy đi nữa thì chúng cũng chỉ là "bạn tốt" của oxy. Các loại vật chất này là những chất không cháy được. Từ khoá: Nước; Sự cháy. 9. "Băng khô"có phải là băng không? Tại bang Texas của nước Mỹ đã từng xảy ra một sự việc lạ: có lần có mấy đội thăm dò địa chất tiến hành khoan tìm dầu mỏ, họ đã khoan đến một độ rất sâu. Đột nhiên do áp suất rất cao của chất khí bị nén dưới mặt đất phụt ra rất mạnh, nên ngay lúc đó ở miệng lỗ phun có một đống lớn "tuyết trắng". Điều kỳ lạ là khi các nhân viên đội thăm dò chạm tay vào đám tuyết thì trên ngón tay không phải là giọt nước mà là màu đen. Nguyên do là loại "tuyết trắng" này không phải là tuyết mà là "băng khô". Băng khô không phải là băng vì băng khô không do nước bị lạnh đông tạo ra mà lại do một chất khí không màu là cacbon đioxit đông kết mà thành. Nếu cho cacbon đioxit chứa vào bình kín rồi nén lại, cacbon đioxit sẽ biến thành chất lỏng giống như nước. Nếu lại hạ nhiệt độ, chất lỏng sẽ biến thành chất màu trắng giống như tuyết xuất hiện vào mùa đông, đó chính là "băng khô". Trông bên ngoài thì băng khô cũng mịn như tuyết, nhưng chớ sờ tay vào, vì nhiệt độ của băng khô xuống đến -78,5°C có thể làm tay bịthương. Sau khi bịthương da sẽ biến thành các vết đen, chỉ sau ít ngày sẽ bịthối rữa. Nếu bạn để băng khô trong phòng, nó sẽ nhanh chóng biến mất, biến thành khí cacbon đioxit và bay vào không khí. Đó là do băng khô dưới áp suất thường không biến thành trạng thái lỏng mà hấp thụ nhiệt để biến ngay thành trạng thái khí, người ta gọi đó là hiện tượng thăng hoa. Có điều lý thú là do băng khô có nhiệt độ rất thấp, khi thăng hoa sẽ làm không khí xung quanh hạ nhiệt độ xuống rất thấp một cách nhanh chóng làm cho hàm lượng nước trong không khí (không khí ẩm) sẽ ngưng tụ thành sương mù. Lợi dụng đặc điểm đó của băng khô, trong điện ảnh người ta đã rải băng khô để tạo cảnh tượng mây mù. Ngoài ra trong tình huống cần thiết người ta có rải băng khô từ máy bay bay trên cao để làm mưa nhân tạo. Từ khoá: Băng khô; Cacbon đioxit; Sự thăng hoa. 10. Vì sao đồng lạicó nhiều màu? Cho dù đồng không được sử dụng rộng rãi như sắt, thép, nhưng đồng có những ưu điểm mà sắt, thép không thể có được. Đồng tinh khiết có màu tím. Đồng tinh khiết dẫn điện, dẫn nhiệt rất tốt. Trong các kim loại thì trừ bạc ra, đồng có độ dẫn điện lớn nhất. Trong công nghiệp sản xuất đồ điện như dây điện, máy đóng ngắt điện, quạt điện, chuông điện, điện thoại, v.v. đều cần một lượng lớn đồng. Đồng màu tím hết sức tinh khiết, đồng tinh khiết thường được chế tạo bằng phương pháp điện phân. Đồng rất mềm. Thông thường từ 1 giọt đồng người ta có thể kéo thành sợi mảnh dài dến 2000m, dát thành các lá đồng rất mỏng, mỏng đến mức có thể nhìn xuyên qua, có thể bị gió thổi bay. Có nhiều loại nhạc khí được chế tạo bằng đồng, nói cho chính xác thì là chế tạo bằng đồng thau. Đồng thau là hợp kim của đồng và kẽm. Đồng được chế tạo rất sớm, ngay từ thời nhà Hán ở Trung Quốc, người ta đã luyện được đồng thau. Đồng thau còn có tên gọi là hoàng đồng (đồng màu vàng) là từ màu sắc mà đặt tên cho đồng nhau. Tuỳ thuộc hàm lượng kẽm trong hợp kim mà hợp kim đồng chế tạo được sẽ có màu khác nhau. Ví dụ với hàm lượng kẽm 18 - 20%, hợp kim có màu vàng đỏ. Hàm lượng kẽm 20 - 30% hợp kim sẽ có màu vàng, từ 30 - 42% hợp kim có màu vàng nhạt, từ 42 - 50% sẽ có màu vàng tươi (của vàng kim loại), với hàm lượng kẽm 50 - 60% hợp kim chế tạo được sẽ có màu trắng. Trong công nghiệp người ta hay dùng hợp kim có màu vàng với hàm lượng kẽm dưới 45%. Tại các công trình kiến trúc, thường người ta hay đặt các bức tượng đồng đen được chế tạo bằng hợp kim của đồng với thiếc, đôi khi là hợp kim đồng - thiếc có thêm kẽm. Rất nhiều kim loại khi bị lạnh thì co lại, nhưng với đồng đen thì trái lại, khi bị lạnh lại nở ra. Vì vậy khi dùng đồng đúc tượng thì nét mày rõ ràng, chi tiết sắc sảo. Đồng đen cũng có tính chất chịu mài mòn rất tốt. Dùng đồng đen để chế tạo ổ trục sẽ được các ổ trục chịu được mài mòn nổi tiếng trong công nghiệp. Các loại dụng cụ chế tạo bằng đồng bạch sáng lấp lánh, rất đẹp, không bị gỉ xanh. Đồng bạch chính là hợp kim của đồng với niken. Đồng bạch được chế tạo rất sớm từ thế kỷ thứ nhất ở Trung Quốc. Đến thế kỷ XVIII đồng bạch mới được truyền từ Trung Quốc đến Châu Âu. Bấy giờ người Đức bắt đầu học tập phương pháp của Trung Quốc và tiến hành chế tạo trên quy mô lớn. Trước đây có người gọi đồng bạch là Bạc của Đức chỉ là nhìn từ ngọn. Từ khoá: Đồng; Đồng thau; Đồng đen; Đồng bạch. 11. Vì sao kim cương lại đặc biệt cứng như vậy? Chắc các bạn không hề nghĩ rằng giữa kim cương sáng lấp lánh và than chì đen thui thủi lại là anh em họ hàng, đều là cacbon tinh khiết, tồn tại trong tự nhiên, chỉ có diện mạo và tính chất của chúng khác nhau. Than chì rất mềm, chỉ cần dùng mảnh nhỏ than chì vạch nhẹ trên giấy là có thể để lại vết đen trên giấy. Ruột bút chì được chế tạo bằng than chì. Còn kim cương là khoáng vật có độ cứng cao nhất trong gia đình các khoáng vật, là "quán quân" về độ cứng: ở các cửa hàng bán kính, các nhân viên phục vụ dùng kim cương làm lưỡi dao để cắt kính. Các máy khoan sâu, người ta dùng mũi khoan có lắp mũi kim cương làm tăng vận tốc xuyên sâu của mũi khoan lên nhiều. Dao kim cương còn dùng để gia công các kim loại, hợp kim cứng nhất. Than chì và kim cương đều thuộc họ hàng nhà cacbon, vì sao chúng lại có đặc tính khác nhau nhiều như vậy? Nguyên do là ở than chì, các nguyên tử cacbon được sắp xếp thành lớp, lực kết hợp giữa các nguyên tử giữa các lớp rất nhỏ, giống như các lá bài xếp trong cỗ bài, rất dễ tách ra khỏi nhau. Còn trong kim cương các nguyên tử cacbon được sắp xếp thành tinh thể đều đặn, mỗi nguyên tử cacbon nối chặt chẽ với 4 nguyên tử xung quanh, tạo nên một tinh thể có cấu trúc rất bền chắc nên có độ cứng rất cao. Sản lượng kim cương trong thiên nhiên rất ít, nói chung thường bị vùi lấp ở những lớp sâu trong vỏ Trái Đất. Với điều kiện nhiệt độ và áp suất rất cao của các lớp dung nham sâu trong lòng đất, cacbon mới có khả năng kết tinh để thành các tinh thể kim cương quý giá. Do sản lượng kim cương thiên nhiên rất ít, giá trị rất lớn, rất quý nên người ta đã tìm cách dùng nhiệt độ cao và áp suất cao để chế tạo kim cương nhân tạo. Người ta chứng minh rằng ở nhiệt độ cao đến 2000°C và dưới áp suất 5,065.107 pascal (tức 50.000 atm) trở lên mới đạt kim cương ở trạng thái ổn định. Gần đây người ta đã áp dụng điều kiện tương tự để biến than chì thành kim cương. Từ khoá: Kim cương; Than chì. 12. Loại hợp chấtcao phân tử thiên nhiên nào bền vững nhất? Các loại vật liệu trong tự nhiên như bông, lanh, tơ, tre, len, cao su… đều là những cao phân tử thiên nhiên, phân tử của chúng có kích thước rất lớn, rất dài. Các hợp chất cao phân tử thường không tan trong nước, có độ bền cơ học tốt, có tính cách điện, có tính bền mài mòn. Ngoài ra các hợp chất cao phân tử thường có cấu trúc sợi, tỷ lệ của độ dài so với bán kính của phân tử rất lớn, lớn hơn 1000. Các hợp chất cao phân tử có độ dẻo, có tính đàn hồi tốt. Từ thời xa xưa, loài người đã biết sử dụng nhiều loại hợp chất cao phân tử tự nhiên làm vật liệu dệt đan lưới, làm giấy, sản xuất keo dán… và nhiều vật dụng trong cuộc sống hằng ngày. Trong tự nhiên có rất nhiều loại hợp chất cao phân tử. Thế nhưng loại hợp chất cao phân tử tự nhiên nào là bền nhất? Các nhà sinh vật học đã tiến hành nhiều thí nghiệm về vấn đề này. Nhiều thực nghiệm đã chứng minh loại tơ do nhện nhả ra là loại hợp chất cao phân tử có độ bền cao nhất. Độ bền của tơ nhện gấp 5 lần độ bền của sợi thép có cùng kích thước. Tơ nhện là dạng hợp chất cao phân tử do các protein dạng axit amin tạo nên. Loài nhện đã dùng lưới tơ do chúng nhả ra có thể bắt giữ nhiều loại côn trùng khoẻ hơn chúng nhiều lần. Tơ nhện không chỉ bền mà còn có độ dính bám đặc thù. Do tơ nhện có nhiều tính năng ưu việt nên được nhiều nhà khoa học hết sức quan tâm. Tờ báo nước Anh, tờ "Lưu thông tiền tệ" số 3-11-1988 có đăng bài báo về việc nghiên cứu tơ nhện. Bài báo nêu lên ý kiến: Tơ nhện là hợp chất cao phân tử tự nhiên có độ bền vững rất cao, nếu đi sâu nghiên cứu sẽ có thể tạo được loại vật liệu mới, quý giá. Ở Nhật Bản có thành lập "Hiệp hội tơ nhện Đông Á" đã nghiên cứu cấu trúc vi mô của sợi tơ. Các chuyên gia của trường Đại học Cambridge ở nước Anh đã thông qua công nghệ lên men để chế tạo tơ nhện, họ hy vọng chế tạo các áo giáp chống đạn, chế tạo các vật liệu phức hợp (vật liệu composit) từ tơ nhện dùng trong công nghệ xe hơi và kỹ thuật hàng không vũ trụ. Từ khoá: Tơ nhện; Độ bền; Hợp chất cao phân tử tự nhiên. 13. Vì sao đá quý lạicó nhiều màu sắc? Đá quý có nhiều màu sắc lấp lánh gợi sự ham thích của mọi người. Vẻ đẹp kỳ lạ của đá quý do đâu mà có? Qua các phân tích hoá học và phân tích quang phổ, người ta mới biết một số kim loại đã tô điểm cho đá quý sắc thái như vậy. Trong đá quý có thể chứa kim loại nhiều hoặc ít, có loại chứa nhiều kim loại nên chúng có nhiều màu sắc khác nhau. Ví dụ các đá quý màu đỏ hoặc xanh đen thường có chứa kim loại crom. Loại ngọc Thổ Nhĩ Kỳ (hay còn gọi là lục tùng thạch) có màu xanh biếc là do có chứa đồng. Trong loại mã não màu đỏ chu sa có chứa sắt. Các kim loại có trong các đá quý hấp thụ một phần ánh sáng Mặt Trời và cho phản xạ các tia sáng còn lại, các tia phản xạ này sẽ cho màu của đá quý. Có một số loại đá quý màu sắc của chúng có liên quan đến sự sắp xếp các nguyên tử trong tinh thể đá quý. Màu xanh ánh vàng của ngọc lam, màu vàng lục của loại ngọc xanh biếc là do quy luật phân bố của các nguyên tử trong nội bộ tinh thể quyết định. Màu sắc của đá quý có thể có được do sự nhuộm màu nhân tạo. Có khá nhiều cách nhuộm màu đá. Người cổ Hy Lạp, cổ La Mã đã dùng cách xử lý sau đây để nhuộm màu mã não. Trước hết người ta ngâm mã não vào mật ong đun nóng mấy tuần lễ. Sau đó lấy ra rửa sạch bằng nước rồi cho vào axit sunfuric và đun sôi mấy giờ liền. Kết quả người ta sẽ thu được loại mã não có vằn đỏ hoặc đen. Người dân vùng Ural còn có phương pháp xử lý kỳ diệu hơn. Họ đem thạch anh ám khói khảm vào bánh mì rồi đem đốt trên lửa, họ sẽ được một loại thạch anh ám khói ánh vàng hiếm thấy. Ngày nay nhờ sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật người ta đã dùng các tia phóng xạ, tia tử ngoại để xử lý và nhuộm màu đá quý. Ngọc lam khi đem chiếu tia phóng xạ sẽ biến thành màu vàng. Thạch anh phấn hồng khi xử lý với tia tử ngoại sẽ có màu nâu. Tuy nhiên bí mật về màu sắc đá quý vẫn chưa được khám phá hoàn toàn. Thế nhưng người ta đã lợi dụng các tri thức bước đầu về đá quý để chế tạo được các loại đá quý nhân tạo không kém gì đá quý tự nhiên. Các loại đá quý không chỉ dùng để chế tác đồ trang sức mà còn để chế tạo ổ trục cho các loại đồng hồ. Trên các ống phun khí của các động cơ cần đến mấy trăm ổ trục bằng ngọc đỏ. Các "chân kính" trên đồng hồ đeo tay cũng được chế tạo bằng ngọc đỏ. Từ khoá: Đá quý; Kim loại. 14. Vì sao đá hoalạicó nhiều màu? Ở các công trình kiến trúc có nhiều loại cấu kiện như cột, bia chế tác bằng đá, trong đó có loại bằng đá hoa. Đá hoa có nhiều loại: loại có màu trắng tinh khiết lại có màu xanh vằn đen, vằn trắng, vằn đỏ … thật muôn hình muôn vẻ. Đá hoa là loại vật liệu kiến trúc quý. Đá hoa có thành phần chính là canxi cacbonat. Loại canxi cacbonat tinh khiết có màu trắng. Loại đá hoa trắng hay đá bạch ngọc chính là canxi cacbonat tinh khiết. Canxi cacbonat khó tan trong nước, nên các công trình kiến trúc làm bằng đá hoa thường khá bền vững, dù có dãi dầu mưa nắng qua năm tháng vẫn đứng trơ trơ. Canxi cacbonat dễ tan trong axit, nên khi canxi cacbonat gặp axit clohyđric sẽ hoà tan để thoát ra các bóng khí cacbon đioxit, một lúc sau sẽ tan hết. Người ta thường dùng phương pháp này để thử đá hoa. Đá hoa trong thiên nhiên không phải canxi cacbonat tinh khiết mà có nhiều tạp chất khác nhau nên có màu sắc khác nhau. Đá hoa có nhiều loại khác nhau, màu sắc đa dạng: Có loại màu hồng, có loại màu tím hoa đậu, có loại màu đen xám… Loại màu đỏ do có chứa muối caban, màu xanh do có chứa muối đồng, màu đen hoặc màu xám do có chứa sắt. Đá hoa mịn mặt, đều. Người ta không chỉ dùng đá hoa trong công trình kiến trúc mà còn dùng để chế tác nhiều đồ gia dụng như làm mặt bàn, trong điêu khắc và trang trí. Trong thiên nhiên còn có một số loại đá vôi cũng có thành phần chính là canxi cacbonat. Nhưng đá vôi có cấu trúc thô lại giòn nên người ta không dùng làm việc gì khác mà chỉ để nung vôi. Từ khoá: Đá hoa; Canxi cacbonat. 15. Thạch anh là gì? Dưới ánh sáng Mặt Trời chói chang, các hạt cát trắng sẽ làm bạn chói mắt. Trong các hạt cát nhỏ có những hạt không màu trong suốt, giống như những mảnh gương nhỏ phản xạ ánh sáng làm loé mắt người ta. Các hạt cát nhỏ trong suốt là các mảnh vụn thạch anh có thành phần đioxit silic. Các hạt thạch anh trong cát thường có kích thước bé. Các khối thạch anh lớn thường có dạng lăng trụ lục giác rất đẹp, người ta cũng gọi chúng là "thuỷ tinh". Thạch anh trong suốt, không màu, sáng lấp lánh. Nếu thạch anh có lẫn tạp chất sẽ có màu: như thạch anh ám khói, thạch anh tím, thạch anh đen… Những khối thạch anh lớn trong thiên nhiên cũng khá hiếm. Khối thạch anh thiên nhiên kích thước lớn có thể cao bằng đầu người. Trên núi Nga My ở Tứ Xuyên, người ta đã dùng hai khối thạch anh cao đến 2m để làm trụ của chùa. Ngày nay người ta đã phỏng theo điều kiện tự nhiên, chọn loại cát thạch anh tinh khiết không màu nung đến 2000°C để cho kết tinh thành các đơn tinh thể thạch anh nhân tạo. Nếu cho thạch anh nóng chảy làm nguội với tốc độ tương đối lớn sẽ được trạng thái thuỷ tinh đục hoặc nửa đục là trạng thái không tạo thành tinh thể gọi là "thủy tinh thạch anh". Các loại mắt kính xuất hiện sớm nhất được chế tạo bằng thạch anh thiên nhiên. Ngày nay các loại ống kính trong các máy quang học có loại được chế tạo bằng thạch anh thiên nhiên, có loại được chế tạo bằng thạch anh nhân tạo. Việc chế tạo một mắt kính bằng thạch anh quả thực không dễ dàng. Thạch anh rất cứng, người ta không thể dùng dụng cụ cắt chúng thành lớp mỏng mà không để lại các vết xước, dùng kính này đeo lên mắt chắc khó nhìn rõ được mọi vật. Trong các xưởng làm mắt kính người ta phải dùng bột kim cương tẩm nước, mài đi mài lại từ thô đến tinh đến khi đạt trạng thái mong muốn, cuối cùng dùng vải thô và bột oxit sắt chà xát cho đến khi sáng bóng, trong suốt đều, không còn vết hằn. "Mắt kính thạch anh" có chất lượng tốt hơn mắt kính chế tạo bằng thủy tinh thường vì thạch anh có độ trong suốt hàng đầu. Đeo kính bằng các mắt kính thạch anh nhìn mọi vật sẽ sắc nét, rõ ràng. Vì thạch anh chịu được nhiệt độ cao, độ giãn nở nhiệt nhỏ, chịu được mài mòn, khó bị xước, khó bị axit hoặc kiềm ăn mòn nên là loại vật liệu để chế tạo các máy móc chính xác rất tốt. Từ khoá: Thạch anh; Silic đioxit. 16. Vì sao"đồng hồ cacbon" lại có thể đo được tuổicủacác đồ vậtcổ? Nếu có ai hỏi bạn bao nhiêu tuổi, nhất định bạn trả lời một cách chính xác ngay, không do dự. Nhưng nếu như đối mặt với một mảnh gỗ từ di chỉ cổ xưa nào đó, chắc bạn khó mà đưa ra được câu trả lời. Nhưng rất may là các nhà hoá học đã phát hiện được một loại "đồng hồ lịch sử" giúp người ta gỡ mối rắc rối đó. Loại "đồng hồ lịch sử" này được khởi động rất sớm và cứ thế chạy suốt, chạy liên tục không phút nào ngừng cho đến ngày nay. Loại đồng hồ kỳ diệu này chính là "đồng hồ cacbon". Nhờ loại đồng hồ này mà người ta xác định niên đại các loại di chỉ văn hoá, các đồ vật cổ còn lưu lại. Nguyên do là trong không gian vũ trụ có nhiều tia bức xạ, mắt ta không nhìn thấy được. Các tia bức xạ này xuyên qua tầng khí quyển của Trái Đất, va chạm với các phân tử trong không khí, sinh ra các nơtron, proton, điện tử. Khi nơtron va chạm với nguyên tử nitơ trong phân tử nitơ, nguyên tử nitơ sẽ "bắt lấy" nơtron và giải phóng proton để biến thành nguyên tử C - 14 (cacbon -14). Nguyên tử cacbon C - 14 có tính phóng xạ sẽ giải phóng điện tử và biến thành nitơ. Như vậy do tác dụng các tia vũ trụ, C - 14 không ngừng phát sinh nhưng lại do C - 14 có tính phóng xạ nên C - 14 không ngừng giảm. Kết quả là C - 14 giữ được trạng thái cân bằng nên hàm lượng C - 14 về cơ bản là không thay đổi. Trong khí quyển, các nguyên tử C - 14 cũng giống với các nguyên tử cacbon thường, có thể kết hợp với oxy để thành phân tử đioxit cacbon. Khi thực vật tiến hành quang hợp sẽ hấp thụ nước và cacbon đioxit tạo thành tinh bột, sợi… Cacbon C - 14 cũng thâm nhập vào trong thực vật, vào sâu trong thân cây cỏ. Khi thực vật chết, quá trình hấp thụ C - 14 sẽ ngừng lại. Từ đó trở đi sẽ không có C - 14 từ ngoài đi vào thân cây, cỏ. Do hiện tượng phóng xạ, hàm lượng C - 14 trong xác thực vật giảm không ngừng. Các nhà khoa học tìm thấy cứ sau 5730 năm thì hàm lượng C - 14 giảm đi chỉ còn một nửa. Lại sau 5730 năm nữa thì hàm lượng C - 14 lại giảm tiếp đi một nửa. Người ta gọi C - 14 có chu kỳ bán rã là 5730 năm. Đây là cơ sở để các nhà khảo cổ dùng làm “đồng hồ" để định tuổi cổ vật. Các nhà khảo cổ học đã dùng đồng hồ cacbon để định niên đại di chỉ khảo cổ ở Tây An có tuổi gần 6000 năm. Các nhà khảo cổ Ai Cập đã dùng cacbon C - 14 định niên đại của một ngôi mộ cổ có tuổi 3620 năm. Nội dung của phương pháp xác định niên đại bằng C - 14 là lấy một mảnh gỗ trong di chỉ, đo hàm lượng C - 14 sau đó tính toán và định tuổi của mảnh gỗ và của di chỉ. Từ khoá: Đồng hồ cacbon; Chu kỳ bán rã. 17. Có thể biến than đáthành xăng không? Mọi người đều biết xăng là loại nhiên liệu quan trọng được chưng luyện từ dầu mỏ. Ngoài xăng, từ dầu mỏ người ta còn sản xuất được etylen, propylen, butađien, phenol, toluen, xylen, cồn, cùng nhiều loại nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp hoá chất. Nhưng lượng dầu mỏ trên Trái Đất không nhiều, so với dầu mỏ thì trữ lượng than đá phong phú hơn nhiều, có thể còn sử dụng được đến mấy trăm năm. Ở nhiều nước, than đá là nguồn năng lượng quan trọng trong sản xuất công nghiệp và trong đời sống hằng ngày. Khi dùng than đá làm nhiên liệu đốt trực tiếp có mấy nhược điểm sau đây: một là hiệu suất sử dụng nguyên liệu thấp, hai là trong than đá có nhiều hợp chất hoá học có ích, nếu tận dụng được chúng vào đúng mục đích thì sẽ có lợi ích kinh tế lớn hơn là đem đốt làm nhiên liệu, ba là khi dùng than để đốt sẽ gây ô nhiễm môi trường. Liệu có thể có cách gì tránh được các nhược điểm kể trên? Than đá và dầu mỏ đều thuộc loại nhiên liệu hoá thạch, hợp chất chủ yếu trong cả hai loại nhiên liệu hoá thạch này đều do hai nguyên tố cacbon và hyđro tạo nên. Hai nguyên liệu hoá thạch này chính là "hai anh em màu đen", là họ hàng thân thiết của nhau. Điểm khác nhau lớn nhất của hai loại nhiên liệu là hàm lượng hyđro trong chúng khác nhau. Hàm lượng hyđro trong dầu mỏ là 11-14% còn ở than đá là 5-8%. Chính nhờ vậy mà có thể biến than đá thành xăng. Từ hơn 50 năm về trước, các nhà hoá học đã nghiên cứu và tìm được biện pháp biến than đá thành xăng trong phòng thí nghiệm. Người ta đã tìm cách tăng hàm lượng hyđro trong các hợp chất có trong than đá. Trước hết người ta nghiền than đá thành bột mịn, cho thêm dung môi, rồi sục khí hyđro. Sau đó dưới điều kiện áp suất cao và nhiệt độ 380 - 460°C, hyđro sẽ tác dụng với than đá và tạo ra "xăng nhân tạo" và các hợp chất có khối lượng phân tử thấp khác. Dùng biện pháp chưng phân biệt, ta có thể nhận được phần xăng nhân tạo, dầu mazut, cùng các nhiên liệu khác. Nội dung của phương pháp điều chế xăng nhân tạo là trước hết biến than đá thành khí than. Bổ sung khí hyđro vào khí than và khống chế để tỉ lệ cacbon monoxit: hyđro = 1:2. Dưới tác dụng xúc tác của sắt, coban hay niken ở điều kiện nhiệt độ 200°C, hai chất sẽ tác dụng với nhau tạo thành hợp chất mới. Trong sản phẩm tạo thành có đến 83% là xăng, còn lại là mazut và nhiều hợp chất khác. Do việc biến than đá thành khí than là một công nghệ khá quen thuộc, nên kỹ thuật điều chế xăng như vừa mô tả thực hiện tương đối dễ dàng. Ngoài ra người ta có thể tổng hợp rượu metylic từ cacbon monoxit và hyđro, sau đó từ rượu metylic tổng hợp được xăng. Phương pháp đã nêu khá đơn giản và hữu hiệu. Nếu dùng chất xúc tác thích hợp người ta có thể chuyển hoá 99% rượu metylic thành xăng. Hơn nữa với phương pháp này việc tiêu hao năng lượng trong quá trình chuyển hoá rất nhỏ, do đó giá thành điều chế xăng chỉ hơi cao hơn điều chế rượu metylic một ít. Với quá trình chế biến than đá thành xăng, người ta có thể loại bỏ được phần lớn các tạp chất có hại cho cơ thể và môi trường. Hơn nữa so với dầu mỏ thì việc chuyên chở than đá thực hiện được dễ dàng hơn, nên nhiều quốc gia tìm cách mở rộng quy mô các nhà máy sản xuất xăng dầu đi từ than đá. Đồng thời các nhà khoa học cũng đang tìm cách cải tiến phương pháp biến than đá có trữ lượng khá phong phú thành xăng dầu, phục vụ cho lợi ích của loài người. Từ khoá: Than đá; Khí than; Dầu mỏ. 18. Thuốc súng được phát minh như thế nào? Thuốc nổ đen là loại thuốc nổ được loài người sử dụng sớm nhất. Thuốc nổ đen được người Trung Quốc phát minh từ hơn 1000 năm trước. Tại sao người ta gọi tên thuốc nổ đen hay thuốc đen? Tên gọi này có để chỉ đó là một loại thuốc màu đen có thể cháy và nổ. Thuốc nổ liệu có liên quan gì với dược liệu mà lại có tên là "thuốc". Vào thời cổ đại người ta đã biết diêm tiêu (tức kali nitrat) lưu huỳnh là những vịthuốc quan trọng. Ví như vào thời nhà Hán, trong sách “Thần nông bản kinh", diêm tiêu được xem là vịthuốc ở vịtrí thứ sáu, người ta cho rằng diêm tiêu có thể chữa được hơn 20 bệnh. Lưu huỳnh chiếm vịtrí thứ ba, chữa được hơn 10 bệnh. Chính hai vịthuốc này là nguyên liệu chủ yếu để người ta chế ra thuốc nổ đen. Theo truyền thuyết, thuốc nổ được các nhà luyện đơn chế ra. Vào thời xưa vua chúa muốn sống lâu, họ ra lệnh cho các thuật sĩ xây lò luyện đan để chế ra linh đan trường thọ. Các nhà luyện đan đã tiến hành phân ly, hoà tan, chưng cất, thăng hoa nhiều loại chất khác nhau, đó có thể chính là các thí nghiệm hoá học đầu tiên mà loài người đã tiến hành. Thuật luyện đan bắt đầu là do mộng tưởng của các đế vương, nhưng trong thực tiễn đã có tác dụng thúc đẩy khoa học phát triển. Một số tác phẩm của các nhà luyện đan còn lại đã nêu bật được nhận thức của người xưa về vật chất. Thuốc nổ đen là một ví dụ điển hình. Các nhà luyện đan Trung Quốc đã sớm tiếp xúc với diêm tiêu, lưu huỳnh, than gỗ... Họ đã nhận thức được rằng, khi trộn chung chúng với nhau thì khi đập mạnh, ma sát có thể sinh cháy nổ. Nhà luyện đan Nguỵ Bá Dương đời nhà Hán đã dùng lưu huỳnh để kiểm tra sự thật giả của diêm tiêu. Khi chà xát mạnh lưu huỳnh với diêm tiêu, nếu diêm tiêu thật thì sẽ nhanh chóng bốc cháy. Nhà luyện đan thời Nam Bắc Triều là Đào Huyền Cảnh cũng đã chỉ ra rằng, nếu trộn diêm tiêu với than gỗ và đốt nóng thì sẽ sinh cháy nổ mạnh. Nhà luyện đan đầu thời nhà Đường, Tôn Tư Mạo đã viết trong sách "Đan Kinh" như sau: nếu đem diêm tiêu, lưu huỳnh, than gỗ trộn với nhau theo một tỉ lệ nhất định sẽ phối chế thành loại thuốc nổ đen. Do vậy ta có thể thấy vào thời đó người ta đã nắm chắc phương pháp chế tạo loại thuốc nổ đen cũng như biết được tính chất của loại thuốc nổ đen. Vào cuối đời nhà Đường, người ta đã biết dùng thuốc nổ đen vào mục đích quân sự. Thành phần của thuốc nổ cũng được xác định chính xác gồm diêm tiêu 75%, bột than 15%, lưu huỳnh 10%. Đến đời nhà Tống, việc sản xuất thuốc nổ đã có quy mô lớn. Nhà nước đã mở các binh công xưởng, trong đó có xưởng chuyên môn sản xuất thuốc đen, sản xuất hạt nổ, quy mô đến từ mấy tấn đến mấy chục tấn. Vào năm Khánh Lịch thứ tư thời Bắc Tống (năm 1040), Tăng Công Lượng đã viết "Võ Kinh tổng yếu", trong đó có ghi tên "thuốc nổ" cùng các phương pháp phối chế. Trong đơn pha chế, ngoài diêm tiêu, lưu huỳnh, than còn có thêm axit sunfuric, nhựa thông, sáp ong, sơn cùng các loại chất dễ cháy khác. Việc chế tác thuốc nổ đen du nhập vào dân gian khoảng đầu thời Nam Tống. Vào thời đó, trong dân gian người ta nhồi thuốc nổ đen vào ống tre để chế ra các ống phóng lửa (pháo thăng thiên), và cho đến nay trò chơi này vẫn còn. Thuốc nổ đen là một hỗn hợp gồm kali nitrat làm chất oxy hoá, sinh ra khí oxy làm chất tiếp dưỡng sự cháy. Lưu huỳnh và than gỗ là những chất cháy. Khi cháy sẽ tác dụng với oxy thành lưu huỳnh đioxit và cacbon đioxit là những chất khí. So với than gỗ, lưu huỳnh có nhiệt độ bốc cháy thấp hơn, làm cho thuốc nổ dễ bốc cháy. Đồng thời lưu huỳnh cũng là chất kết dính. Khi thuốc nổ đen cháy sẽ sinh ra một lượng nhiệt lớn và các chất khí làm cho không khí xung quanh giãn nở mạnh, nhanh nên gây hiện tượng nổ. Thuốc nổ là một trong 4 phát minh lớn của Trung Quốc. Sau đó thuốc nổ truyền từ Trung Quốc sang Ấn Độ, đến các nước ả rập, sau đó từ các nước Ả Rập truyền sang Châu Âu. Vì vậy thuốc nổ xuất hiện ở Châu Âu sau Trung Quốc đến mấy trăm năm. Sự phát minh thuốc nổ không chỉ kết thúc thời kỳ vũ khí lạnh trong quân sự mà còn phát huy uy lực lớn trong sản xuất công nghiệp, trong kiến thiết công trình. Vì vậy được xem là một mốc lớn trong lịch sử hoá học. Từ khoá: Thuốc nổ đen; Diêm tiêu; Lưu huỳnh; Than gỗ. 19. Có phảicác chất hoàtan trong nước nóng nhiều hơn trong nước lạnh? Cho một viên kẹo vào mồm, trong chốc lát ta sẽ cảm thấy vị ngọt, còn nếu cho một viên đá vào mồm thì đến suốt cả ngày cũng không cảm thấy gì. Lý do hết sức đơn giản: đường tan trong nước còn viên đá thì gần như không hoà tan trong nước. Nói thật chính xác thì thật ra trên thế giới không có chất gì hoàn toàn không tan trong nước, chỉ có độ hoà tan của chúng trong nước nhiều hoặc ít. Hãy lấy bạc làm ví dụ, nếu đựng nước trong một cái bát bằng bạc thì lượng bạc hoà tan vào nước sẽ có tỉ lệ khoảng 1 phần tỉ. Với lượng bạc nhỏ như vậy thì ngay đến việc phân tích, phát hiện được cũng khá khó, nhưng cũng đủ để diệt các loại vi khuẩn sống trong nước. Nói chung mọi chất rắn đều ít nhiều hoà tan trong nước, độ hoà tan của các chất tăng theo nhiệt độ; nhiệt độ càng tăng thì độ hoà tan càng lớn và tốc độ hoà tan càng nhanh. Các chất như đường, kali nitrat là những chất có tính chất như vậy. Với kali nitrat, ở 0°C, 100g hoà tan 13,3g kali nitrat; ở 100°C, độ hoà tan của kali nitrat là 247g, tăng khoảng 18,6 lần. Như vậy muối kali nitrat có độ hoà tan tăng rất nhanh theo nhiệt độ. Cũng có những chất mà độ hoà tan tăng không nhiều lắm theo sự tăng nhiệt độ: Ví dụ muối ăn ở 20°C có độ hoà tan là 36g trong 100g nước, khi tăng nhiệt độ đến 100°C độ hoà tan chỉ là 39,1g, nghĩa là chỉtăng 3,1g. Đến đây chắc các bạn cũng đã rõ là: khi tăng nhiệt độ chỉ làm tăng tốc độ hoà tan mà không ảnh hưởng lớn lắm đến độ hoà tan. Thực tế trong các nhà máy, người ta thường dùng phương pháp khuấy trộn để tăng độ tiếp xúc của muối ăn với nước để tăng tốc độ hoà tan. Thậm chí cũng có những chất khi tăng nhiệt độ, độ hoà tan không tăng mà còn giảm. Ví dụ với thạch cao độ hoà tan trong nước sôi nhỏ hơn trong nước lạnh. Với các chất khí thì khi tăng nhiệt độ, độ hoà tan lại giảm, độ hoà tan các chất khí tăng theo áp suất. Độ hoà tan các chất khí phụ thuộc bản chất chất khí. Ví dụ ở áp suất thường và nhiệt độ 10°C, 100g nước hoà tan 0,000174g khí hyđro, thế nhưng lại hoà tan đến 68,4g khí amoniac. Có điều đáng chú ý là ở điều kiện nhiệt độ sôi, độ hoà tan các chất khí đều bằng không. Từ khoá: Sự hoà tan; Độ hoà tan. 20. Vì sao sắt lại bị gỉ? Sắt là kim loại rất dễ bị gỉ. Hầu như các đồ vật bằng sắt bày trong viện bảo tàng đều bị gỉ loang lổ. Dao thái rau nếu để mấy tháng không dùng đến sẽ bị gỉ. Hàng năm trên toàn thế giới có đến hàng triệu tấn thép biến thành sắt gỉ. Sắt bị gỉ ngoài việc do tính hoạt động hoá học của sắt còn do các điều kiện ngoại cảnh. Nước là một điều kiện làm cho sắt bị gỉ. Các nhà hoá học đã chứng minh, nếu để sắt trong bầu không khí không có nước thì dù có trải qua mấy năm trời cũng không hề bị gỉ. Tuy nhiên nếu chỉ riêng một mình nước cũng không hề làm sắt bị gỉ. Nhưng nếu cho mảnh sắt vào trong bình đun sôi với nước cất trong bình kín thì sắt cũng không bị gỉ. Nguyên do là chỉ khi có nước và oxy tác dụng đồng thời mới làm cho sắt bị gỉ. Ngoài ra khí cacbon đioxit hoà tan trong nước cũng làm cho sắt bị gỉ. Thành phần của gỉ sắt rất phức tạp, chủ yếu gồm sắt oxit, sắt hyđroxit, sắt cacbonat … Gỉ sắt vừa xốp, vừa mềm giống như bọt biển. Một mảnh sắt bị gỉ hoàn toàn sẽ tăng thể tích khoảng 8 lần. Một mảnh sắt gỉ có trạng thái như bọt biển sẽ dễ dàng hấp thụ nước và nhanh chóng bị rã nát. Còn có nhiều nhân tố làm sắt dễ bị gỉ: Như các muối hoà tan trong nước, bề mặt trên các đồ vật bằng sắt không sạch, độ thô ráp, thành phần cacbon trong thép…. Người ta đã nghĩ ra nhiều biện pháp để chống sắt thép bị gỉ. Phương pháp thông dụng nhất là khoác cho các đồ vật bằng sắt thép một bộ "áo khoác" sơn và mạ là các biện pháp đơn giản để chống gỉ sắt. Trên các cầu sắt cho xe hỏa người ta thường sơn, trong các ống phun khí nóng người ta phủ lớp sơn xì bằng bột nhôm, trên các đồ đựng người ta mạ thiếc, các tấm tôn được mạ kẽm… Biện pháp triệt để nhất để chống sắt gỉ là cấp cho sắt một "lõi bền", là thêm các kim loại khác để tạo thép hợp kim không gỉ. Loại thép hợp kim trơ trơ, không gỉ chính là do người ta đã đưa vào sắt các kim loại niken, crom chế tạo thành thép không gỉ. Từ khoá: Sắt; Gỉ sắt. 21. Vì sao thép không gỉ lại bị gỉ? Ngày nay các vật dụng chế bằng thép không gỉ ngày càng được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hằng ngày. Các đồ dùng bằng thép không gỉ như cốc, liễn đựng cơm, các dụng cụ nhà bếp… rất bóng, dễ rửa, không bị gỉ, không chỉ đẹp mà còn bền. Như tên gọi của nó, thép không gỉ không bị gỉ. Tính không gỉ có liên quan chặt chẽ với thành phần của thép. Trong thành phần của thép không gỉ, ngoài sắt còn có crom, niken, nhôm. Trong thép không gỉ, hàm lượng crom không ít hơn 12%, cao nhất có thể đến 18%. Khi đưa nguyên tố crom vào thép sẽ làm kết cấu của thép đồng đều hơn, nhờ cải thiện được tính năng của thép. Trên bề mặt của thép hình thành một lớp màng oxit bảo vệ bề mặt của thép, nhờ đó tăng cường tính chịu ăn mòn của thép lên nhiều lần. Nhờ vậy thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn của không khí, nước, axit, kiềm và khi thép không gỉtiếp xúc với các loại axit, kiềm sẽ không bị ăn mòn. Các nhà khoa học tìm thấy nếu cấu trúc nội bộ của thép càng đồng đều thì các liên hệ giữa các thành phần của thép càng chặt chẽ và càng khó bị ăn mòn, trên bề mặt của thép lớp màng bảo vệ càng bền như một tấm giáp bảo vệ nên thép không bị gỉ. Tuy nhiên nói bị gỉ hay không bị gỉ chỉ là tương đối. Không có kim loại tuyệt đối không bị gỉ. Ngay cả các kim loại rất khó bị gỉ như vàng hoặc bạch kim thì với các dung dịch các chất có khả năng hoà tan kim loại rất mạnh như cường thuỷ (3 phần axit clohyđric và 1 phần axit nitric) có bị hoà tan không? Thép không gỉ chỉ bền vững trong điều kiện oxy hoá, còn trong điều kiện không oxy hoá sẽ trở nên không bền. Thép không gỉ bền với axit sunfuric đặc, nhưng không bền với axit clohyđric là môi trường không oxy hoá. Ngoài ra hàm lượng crom và các nguyên tố khác trong thép khi gia công, xử lý nhiệt không thích hợp cũng trực tiếp ảnh hưởng đến khả năng chịu ăn mòn của thép không gỉ. Từ đó có thể nói thép không gỉ không bị gỉ chỉ là tương đối, trong các điều kiện đặc biệt, thép không gỉ có thể bị gỉ. Từ khoá: Thép không gỉ. 22. Vàng, bạc có bị gỉ không? Từ thời xa xưa, loài người đã dùng ký hiệu để biểu thị cho vàng, còn dùng ký hiệu để biểu thị cho bạc, là do vàng luôn phát ra ánh sáng vàng lấp lánh của ánh sáng Mặt Trời, còn bạc lại luôn lấp lánh ánh sáng Mặt Trăng. Thường thì vàng và bạc không bị gỉ do các kim loại vàng và bạc không hoạt động hoá học, hầu như không tác dụng với các nguyên tố khác để tạo hợp chất hoá học, thậm chí khi gia nhiệt đến hơn 1000°C, vàng và bạc cũng không bị oxy hoá. Người ta thường nói: "vàng thật không sợ lửa" để chỉ ra rằng, cho dù ở nhiệt độ cao, vàng cũng không hề xảy ra phản ứng hoá học. Chính vì vậy mà khoáng chứa vàng trong tự nhiên thường ở dạng vàng khá tinh khiết, bạc trong quặng bạc cũng thường ở dạng bạc kim loại. Người ta đã tìm được vàng trong tự nhiên nặng đến 112kg, còn bạc tự nhiên có khối lượng nặng đến 13,5 tấn. Với các kim loại khác thì hầu như tồn tại trong tự nhiên chỉ ở dạng hợp chất, ví dụ: Quặng sắt thường ở dạng sắt oxit, kẽm thường ở dạng kẽm sunfua (galen), nhôm thường ở dạng nhôm oxit, thiếc thường ở dạng thiếc đioxit, chì ở dạng chì sunfua… Rõ ràng là vàng và bạc không phải tuyệt đối không bị gỉ. Vàng bị hoà tan trong cường thuỷ. Cường thuỷ có phản ứng với vàng tạo nên hợp chất hoà tan trong nước. So với vàng thì bạc có hoạt tính mạnh hơn. Không chỉ có cường thủy có phản ứng với bạc mà ngay lưu huỳnh cũng tác dụng được với bạc để tạo thành hợp chất màu đen. Khi xát bột lưu huỳnh lên bề mặt bằng bạc sáng loáng, bạc sẽ biến thành màu đen. Chính vì vậy mà các đồ dùng bằng bạc cổ thường có màu đen, còn đồ dùng bằng vàng cổ vẫn có màu vàng sáng lấp lánh như vốn có. Nếu bạn dùng dung dịch amoniac để lau chùi các đồ dùng bằng bạc bị đen thì màu đen sẽ bị mất và bề mặt bạc sẽ sáng trở lại như mới. Đó là do bạc sunfua đã phản ứng với dung dịch amoniac biến thành hợp chất bạc amoniac dễ tan trong nước. Cùng lý do tương tự, các đồ dùng bằng đồng bị đen cũng được làm sáng trở lại bằng dung dịch amoniac. Chính vì thế mà có người đã gọi dung dịch amoniac là thuốc "đánh sạch đồng". Từ khoá: Vàng; Bạc; Cường thuỷ. 23. Vì sao nhôm lại khó bị gỉ? Nhiều người cho rằng nhôm khó bị gỉ, thực ra so với sắt thì nhôm dễ bị gỉ hơn. Có điều khác là khi nhôm bị gỉ, bề mặt nhôm không bị rỗ, sần sùi như sắt mà tạo thành một bề mặt trơn láng. Bản chất của lớp gỉtrên bề mặt kim loại chính là lớp oxy kim loại do tác dụng của hơi ẩm kết hợp với oxy và kim loại tạo ra. Tác dụng của không khí ẩm với kim loại cũng giống loại muỗi hút máu người. Khi sắt bị gỉ sẽ tạo nên một lớp oxit sắt xốp, oxy có thể lọt qua lớp sắt oxit mà tiếp xúc với lớp sắt kim loại bên trong lớp sắt oxit và gây gỉtiếp tục. Nhôm thì không giống như vậy: Khi nhôm tác dụng với oxy sẽ tạo thành một lớp nhôm oxit (Al2O3). Lớp nhôm oxit này bám rất chắc vào bề mặt nhôm nên ngăn không cho oxy tác dụng trực tiếp với nhôm giống như tấm màng chống muỗi không cho muỗi bám vào da để hút máu người. Lớp màng oxit này rất sợ axit và cả kiềm, vì vậy đồ dùng bằng nhôm chỉthích hợp cho việc nấu cơm, đun nước mà không thích hợp để đựng các chất dễ sinh axit hoặc kiềm. Thường có nhiều người không thích đồ dùng bằng nhôm mất vết bóng nên lấy cỏ, rơm hoặc cát đánh cho bóng. Dùng cát để đánh bóng có thể đánh sạch hết lớp oxit nhôm bảo vệ bề mặt nhôm do ma sát. Còn dùng cây cỏ có thể làm thoát ra những chất có tính kiềm như kali cacbonat có thể có phản ứng hoá học hoà tan lớp oxit nhôm. Vì vậy các biện pháp đánh sạch bề mặt đồ dùng bằng nhôm như trên là không khoa học. Khi bạn dùng cách đánh bóng bề mặt nhôm, ngay tức thời bạn có thể có một bề mặt sáng bóng, nhưng không lâu sau, trên bề mặt nhôm lại xuất hiện một lớp nhôm oxit bảo vệ. Nếu bạn lại tiếp tục đánh bóng, nhôm lại tiếp tục bị oxy hoá và lại tiếp tục bị phủ một bề mặt mờ xám, mờ đục. Sau mỗi lần đánh bóng, bề mặt nhôm lại mòn đi một ít và cứ thế thời hạn sử dụng có thể giảm đi. Lớp nhôm oxit trên bề mặt rất mỏng, chỉ vào khoảng 0,00001mm hoặc dày hơn một chút. Trong công nghiệp, để tăng độ bền của các đồ dùng bằng nhôm người ta thường xử lý bề mặt nhôm bằng dung dịch natri sunfat 20% và dung dịch axit nitric 10% để tăng độ dày lớp oxit nhôm. Chính vì vậy mà trên đồ dùng bằng nhôm mới thường có màu trắng xám đục hoặc màu vàng. Từ khoá: Nhôm; Nhôm oxit. 24. Vì sao các thanh kiếm cổ bằng đồng đen không bị gỉ? Vào năm 1965, Viện bảo tàng tỉnh Hồ Nam khai quật được một ngôi mộ cổ nước Sở tại Giang Lăng, đã tìm thấy hai thanh kiếm cổ phát sáng lấp lánh: Trên thân kiếm màu vàng có các hoa văn hình thoi màu đen, trên thân kiếm có khắc dòng chữ "Thanh kiếm của Việt vương Câu Tiễn". Đó chính là thanh kiếm Câu Tiễn nổi tiếng. Hai thanh kiếm chôn vùi dưới đất đã hơn 2000 năm, khi đào được đã thấy phát ánh sáng loé mắt, rất sắc bén, không hề có một vết gỉ nào. Đến năm 1973, khi đem kiếm triển lãm ở nước ngoài làm nhiều khách tham quan hết sức kinh ngạc. Vào năm 1974, tại địa phương Lâm Đồng thuộc tỉnh Thiểm Tây người ta phát hiện một hầm mộ các chiến binh bằng gốm chôn cùng với Tần Thuỷ Hoàng, đã đào được ba thanh kiếm báu. Kiếm có màu đen bóng phát ra khí lạnh kinh người. Ba thanh kiếm vùi sáu mét, dưới tầng đất nhão đã hơn 2000 năm. Khi đưa ra khỏi lớp đất không hề có một vết gỉ, hết sức sắc bén có thể chém gọn 10 lớp giấy báo làm mọi người hết sức kinh ngạc. Để tìm hiểu các bí ẩn về các thanh kiếm không bị gỉ, người ta đã tiến hành phân tích thành phần hoá học của thanh kiếm, đặc biệt thành phần hoá học của lớp ngoài cùng. Để không làm tổn hại thanh kiếm quý, các nhà khảo cổ dùng các phương pháp phân tích dụng cụ, tiến hành kiểm tra thành phần các thanh kiếm bằng các phép đo đạc vật lý. Từ các kết quả phân tích người ta tìm thấy thành phần chính của thanh kiếm là đồng đen là hợp kim của đồng và thiếc. Thiếc vốn là một kim loại có tính chống ăn mòn rất mạnh, vì vậy đồng đen có tính chống ăn mòn, chống bị gỉ rất cao, so với sắt thì tốt hơn rất nhiều. Nhưng điều chủ yếu là mặt ngoài của thanh kiếm đã qua biện pháp xử lý đặc biệt. Trên thân kiếm màu vàng của thanh kiếm "Việt vương Câu Tiễn" có các hoa văn hình quả trám màu đen đã được xử lý bằng cách lưu hoá bề mặt: Người ta đã dùng lưu huỳnh hoặc các chất có chứa lưu huỳnh để xử lý bề mặt, giữa bề mặt kim loại và hợp chất chứa lưu huỳnh hoặc lưu huỳnh đã xảy ra các phản ứng hoá học. Qua cách xử lý này, thanh kiếm không chỉ được tăng vẻ đẹp mà còn tăng cường tính chịu ăn mòn, tính chống gỉ của thanh kiếm báu. Ba thanh kiếm cổ đại của thời nhà Tần còn được xử lý bề mặt tiên tiến hơn. Theo các kết quả phân tích, người cổ đại đã xử lý bề mặt thanh kiếm bằng các muối cromat. Muối cromat là những hợp chất có tính oxy hoá rất mạnh. Dùng cách xử lý bằng các cromat, trên mặt ngoài của thanh kiếm sẽ tạo thành một lớp oxit kim loại rất mỏng, rất bền chắc, phủ kín toàn bộ bề mặt của thanh kiếm. Lớp oxit rất ổn định này dù rất mỏng, chỉ dày khoảng 1/100 mm nhưng đã tạo cho thanh kiếm một tấm áo khoác ngoài rất bền, che kín toàn bộ kim loại bên trong thanh kiếm, nên thanh kiếm không bị gỉ. Điều này hoàn toàn giống với kỹ thuật xử lý bề mặt kim loại hiện đại. Cần chú ý là ở các nước châu Âu, kỹ thuật xử lý chỉ mới được sử dụng vào những năm 30 của thế kỷ XX. Từ khoá: Xử lý hoá học bề mặt. 25. Làm thế nào khắc các hoa văn lên bề mặt thuỷ tinh? Ta thường thấy quanh ta có nhiều loại đồ dùng bằng thủy tinh có khắc chạm các hoa văn khác nhau. Trong các phòng thí nghiệm cũng có rất nhiều loại dụng cụ đo bằng thủy tinh như các nhiệt kế, ống đong, buret... được khắc độ hết sức chính xác. Thuỷ tinh là loại chất liệu cứng trơn, việc khắc độ chuẩn xác cũng như việc khắc hoạ các hình vẽ, hoa văn tinh vi lên bề mặt thủy tinh quả là điều không dễ làm. Làm thế nào khắc chạm các hình vẽ, hoa văn lên thuỷ tinh? Người ta đã tìm thấy một loại hoá chất trong phòng thí nghiệm có thể ăn mòn thủy tinh rất mạnh. Khi thuỷ tinh tiếp xúc với loại hoá chất này, bề mặt thuỷ tinh sẽ bị đục thủng, thậm chí có thể "gặm" hết cả mảnh thủy tinh. Loại "quái vật" ăn thuỷ tinh này chính là axit flohyđric chỉ được đựng trong các bình đựng bằng chất dẻo mà không thể đựng được trong bình thủy tinh. Trước đây, ở các nhà máy sản xuất axit flohyđric hầu như tất cả các bóng đèn đều biến thành các bóng đèn trắng đục; hầu như mọi cửa kính bị đục thủng lỗ chỗ như "mặt sàng thủy tinh". Đó chính là do trong quá trình sản xuất axit flohyđric, đã có rò rỉ một lượng nhỏ axit flohyđric và chính lượng nhỏ axit flohyđric đã ăn mòn dần dần các dụng cụ, đồ dùng bằng thủy tinh. Vì axit flohyđric có tác dụng ăn mòn thủy tinh rất mạnh nên người ta đã khéo léo sử dụng axit này vào việc chạm khắc thủy tinh. Khi cần khắc họa hoa văn hoặc khắc độ trên các đồ dùng bằng thủy tinh, người ta tráng một lớp parafin lên bề mặt thuỷ tinh. Sau đó cẩn thận dùng lưỡi chạm để khắc vẽ các hoa văn hoặc vạch khắc độ trên lớp parafin để lộ ra các nét hoa văn cần chạm khắc trên bề mặt thủy tinh. Tiếp theo dùng axit flohyđric phủ lên bề mặt parafin để cho ăn mòn các nét vẽ, các vạch khắc trên bề mặt thủy tinh đã lộ ra và gặm mòn thủy tinh. Lớp axit flohyđric càng nhiều thì vết khắc sẽ càng sâu, nếu lớp axit ít thì vết khắc sẽ nông. Sau khi tiến hành khắc chạm cẩn thận thì trên bề mặt thủy tinh sẽ có các hoa văn, các nét khắc chạm tinh tế. Những đồ dùng thủy tinh sau khi khắc chạm sẽ có các hoa văn, hình vẽ hết sức tinh tế, đẹp đẽ. Từ khoá: Axit flohyđric; Thuỷ tinh. 26. Vì sao lại nung luyện được các đồ gốm sứ có nhiều màu rực rỡ? Trên bát đĩa, chén ta thường thấy ở ngoài mặt có một lớp bóng như thủy tinh, đó là men gốm sứ. Trên lớp men sứ thường có các hoạ tiết, hoa văn rất đẹp, làm mọi người ưa thích. Đó là do trong men có các kim loại hoặc các oxit kim loại, sau khi nung sẽ có màu khác nhau, đó là các men màu.