10 sự thật kỳ diệu về các nguyên tố hóa học được phát hiện từ thuở bình minh nhân loại

Từ 'aurum' trong tiếng Latinh - có nghĩa là bình minh, vàng luôn là biểu tượng của sự hoàn hảo. Khảo cổ đã phát hiện mặt nạ vàng nguyên khối trong lăng mộ Ai Cập cổ đại từ thế kỷ XIV TCN.

Vẻ đẹp viên mãn của vàng đã thôi thúc giấc mơ biến kim loại thường thành vàng, từ đó sinh ra giả kim thuật. Dựa trên thuyết Aristoteles về sự chuyển hóa chất, các nhà giả kim đã theo đuổi giấc mơ này suốt 12 thế kỷ, vô tình kìm hãm sự phát triển của hóa học hiện đại.

Vậy khoa học ngày nay có thể tạo ra vàng?

Bằng cách bắn phá hạt nhân thủy ngân Hg-196 bằng neutron, ta có thể tạo ra vàng. Nhưng phương pháp này quá đắt đỏ để ứng dụng thực tế.

Kho báu vàng dưới đại dương

Đại dương chứa khoảng 8 tỷ tấn vàng, với sông Amua mỗi năm đổ vào Thái Bình Dương 8.5 tấn. Tuy nhiên, mỗi tấn nước biển chỉ chứa 0.01-0.05mg vàng.

Đặc tính dẻo của vàng cũng đáng kinh ngạc: chỉ 1g vàng có thể kéo thành sợi dài tới 2km.

Trong tự nhiên, bạc thường tồn tại dưới dạng hợp chất Ag2S và AgCl với đặc tính dễ phân hủy dưới ánh sáng. Các nhà khảo cổ đã phát hiện đồng tiền bạc được lưu thông từ 2500 năm trước.

Bạc - Linh hồn của nhiếp ảnh: Ngành nhiếp ảnh ra đời nhờ tính nhạy sáng của bạc halogenua. Năm 1725, Johann Schulze suýt trở thành cha đẻ của nhiếp ảnh khi thử nghiệm với nitrat bạc.

Bí mật lớp patina đen trên bạc: Khí H2S trong không khí tạo thành Ag2S màu đen. Có thể làm sáng lại bằng dung dịch thiosulfat natri hoặc amoniac.

Khả năng kháng khuẩn kỳ diệu: Từ thế kỷ IV TCN, người Hy Lạp đã vô tình khám phá khả năng diệt khuẩn của ion bạc khi dùng bát đĩa bằng bạc.

Đồng xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng sunfua, cacbonat hoặc kết hợp với sắt, trở thành kim loại đầu tiên giúp nhân loại bước vào thời đại văn minh từ 4000 năm TCN. Các hiện vật Ai Cập cổ như rìu, dao bằng đồng minh chứng cho điều này. Đến 3500 năm TCN, người Lưỡng Hà phát hiện thêm thiếc vào đồng tạo thành hợp kim cứng hơn, khai sinh thời đại đồ đồng. Tên gọi 'cuprum' bắt nguồn từ mỏ đồng nổi tiếng ở đảo Síp (Cyprus).

Một câu chuyện thú vị: khi sinh viên khảo cổ khẳng định thời đại đồ sắt bắt đầu từ thiên niên kỷ I TCN, cô bạn đã đính chính rằng con người biết đến sắt từ sớm hơn - qua những thiên thạch rơi xuống Trái Đất. Sắt vũ trụ thường chứa niken và coban, giải thích vì sao ba nguyên tố này luôn đứng cạnh nhau trong bảng tuần hoàn. Với nhiệt độ nóng chảy lên tới 1539°C, phải đến năm 1500 TCN khi kỹ thuật lò cao ra đời ở Anatolia, nhân loại mới thực sự bước vào thời đại đồ sắt, khép lại kỷ nguyên đồ đá.

Chì đã đồng hành cùng nhân loại từ 3000-4000 năm TCN, xuất hiện trong các đồng tiền cổ, tượng thần và cả hệ thống ống nước vườn treo Babylon huyền thoại. Với nhiệt độ nóng chảy chỉ 327°C, chì dễ dàng được luyện từ quặng sunfua PbS hay cacbonat PbCO3.

Bí ẩn những bức tranh đen: Các tác phẩm nghệ thuật cổ dần thẫm màu do phản ứng giữa hợp chất chì trong sơn với khí H2S, tạo thành PbS đen. Có thể phục hồi màu trắng bằng H2O2.

Chì trong xăng - Phát minh và hệ lụy: Chì tetraethyl Pb(C2H5)4 được thêm vào xăng (1g/lít) để chống nổ động cơ, nhưng cũng là chất cực độc cần tránh tiếp xúc trực tiếp.

Thiếc đã gắn bó với nhân loại từ 3000-4000 năm TCN, mang theo hai câu chuyện đặc biệt:

• Âm thanh đặc trưng: Khi bẻ cong, thiếc nguyên chất phát ra tiếng kêu giòn đặc trưng do sự dịch chuyển tinh thể - đặc điểm giúp phân biệt với thiếc hàn.
• Bí ẩn 'bệnh dịch thiếc': Ở nhiệt độ dưới 13.2°C, thiếc trắng chuyển thành dạng bột xám, giải thích hiện tượng những chiếc khuy thiếc trong kho quân nhu biến thành bột một cách bí ẩn.

Thủy ngân - kim loại lỏng bí ẩn đã được người Ai Cập cổ biết đến từ 3000 năm TCN. Tây Ban Nha nổi tiếng với những mỏ thủy ngân tự nhiên nơi người ta có thể khai thác dễ dàng nhờ tính trơ hóa học của nó. Thủy ngân có khả năng hòa tan nhiều kim loại tạo thành hỗn hống, ứng dụng trong kỹ thuật mạ vàng các mái vòm nhà thờ. Tuy nhiên, đây cũng là chất cực độc, gây ra cái chết của nhiều nhân vật lịch sử như vua Thụy Điển Erich XIV và vua Anh Charles II.

Cacbon tồn tại dưới hai dạng tự nhiên nổi tiếng: kim cương lấp lánh và than chì (graphit) dùng làm ruột bút chì. Năm 1961, đồng vị C-12 được chọn làm chuẩn đo khối lượng nguyên tử nhờ tính ổn định và phổ biến (chiếm 98.892%). Đồng vị C-14 với chu kỳ bán rã 5570 năm trở thành 'chiếc đồng hồ' giúp xác định niên đại cổ vật thực vật thông qua phương pháp xác định tuổi bằng carbon phóng xạ.

Năm 1985, khi nghiên cứu vật chất liên sao, nhóm khoa học Kroto, Curl và Smalley đã vô tình khám phá ra fullerene C60 - dạng thù hình thứ ba của carbon có cấu trúc như quả bóng đá, mang về cho họ giải Nobel Hóa học 1996. Cấu trúc này lấy cảm hứng từ kiến trúc mái vòm của Buckminster Fuller.

Bước đột phá tiếp theo đến năm 1991 khi nhà khoa học Nhật Bản Osawa Eiji phát hiện ống nanocarbon - vật liệu siêu việt với độ cứng vượt kim cương, độ bền kéo gấp 100 lần thép nhưng lại nhẹ hơn thép 6 lần, mở ra kỷ nguyên mới cho khoa học vật liệu.

Lưu huỳnh - nguyên tố vàng rực của núi lửa đã được con người biết đến từ thuở sơ khai. Năm 1890, kỹ sư Herman Frasch gây chấn động với phương pháp khai thác độc đáo: bơm nước nóng 150m xuống lòng đất để làm chảy lưu huỳnh, khiến một nhà phê bình phải hứa sẽ 'ăn hết số lưu huỳnh khai thác được'. Khi phương pháp thành công ngoạn mục, ngọn núi lưu huỳnh chất lượng cao đầu tiên đã khiến lời hứa trở thành trò cười. Ngày nay, phương pháp Frasch vẫn là nền tảng của ngành khai thác lưu huỳnh hiện đại.