Khoa học đằng sau 'Monkey Island': Grog có thực sự làm tan chảy cốc kim loại nhanh đến thế?

Patrizio Raffa

Viện ENTEG, Khoa Khoa học và Kỹ thuật, Đại học Groningen, Groningen, Hà Lan.

Email: p.raffa (at) rug (dot) nl

Tải xuống PDF

Kể từ khi ra mắt vào năm 1990 bởi Lucasfilm Games, The Secret of Monkey Island đã trở thành một tác phẩm kinh điển của dòng game phiêu lưu point-and-click. Nhiều người chơi lớn lên trong thập niên 1990 chắc hẳn đã quá quen thuộc với những cuộc phiêu lưu của chàng cướp biển đầy tham vọng (hay là một thanh tra sàn nhà?) Guybrush Threepwood. Trong số vô vàn hiểm nguy mà anh gặp phải cùng những hỗn hợp nguy hiểm do Voodoo Lady pha chế, hiếm có chất nào đe dọa đáng sợ như grog. Thứ đồ uống được các cướp biển khắp vùng Tri-Island yêu thích này không chỉ nổi tiếng vì các thành phần đáng ngờ mà còn vì khả năng ăn mòn kim loại cực nhanh. Nó được giới thiệu lần đầu với người chơi bởi các thủ lĩnh cướp biển tại quán bar SCUMM trên đảo Mêlée. Theo mô tả của họ, grog là chất ăn mòn, dễ bay hơi nhất mà con người từng biết đến; đây là một hỗn hợp bí mật chứa một hoặc nhiều thành phần sau: dầu hỏa, propylene glycol, chất tạo ngọt nhân tạo, axit sulfuric, rượu rum, acetone, phẩm màu đỏ số 2, SCUMM, mỡ bôi trơn trục xe, axit ắc quy và/hoặc pepperoni. Tuy nhiên, đặc tính thú vị nhất của grog dưới góc độ hóa học không phải là thành phần của nó, mà là khả năng ăn mòn đáng kinh ngạc. Thực tế, họ cũng giải thích rằng nó dễ dàng ăn mòn kim loại, khiến người đầu bếp phải khốn đốn vì tốn cả gia tài vào việc mua cốc mới. Bản thân trò chơi là nguồn chính cho các đoạn hội thoại và câu đố được mô tả ở đây (Lucasfilm Games, 1990).

Trong trò chơi, để giải một trong những câu đố một cách khéo léo, Guybrush thu thập grog vào những chiếc cốc thiếc. Chiếc cốc bị hư hại dần, buộc người chơi phải liên tục chuyển chất lỏng sang cốc mới trong khi di chuyển từ quán bar SCUMM đến nhà tù. Sau đó, grog có thể được đổ lên ổ khóa của phòng giam, phá hủy nó và giải thoát cho tù nhân Otis, người sau này sẽ trở thành thành viên thủy thủ đoàn cho chuyến đi của Guybrush đến Monkey Island (hoặc… liệu có phải vậy không?).

Điều này đặt ra một câu hỏi hiển nhiên cho những người chơi có thiên hướng hóa học: grog thực sự phải chứa những gì để có thể hoạt động như vậy? Nghiên cứu này giải quyết câu hỏi đó theo hướng bán định lượng. Thay vì bắt đầu từ các công thức khả thi, chúng tôi coi quan sát trong trò chơi là một bài toán ngược: chúng tôi sử dụng tốc độ hư hại rõ rệt của chiếc cốc để ước tính lượng proton cần thiết cho một mô hình ăn mòn đơn giản hóa. Mục tiêu không phải là đề xuất một công thức grog có thể tái tạo trong thực nghiệm – một nỗ lực vừa không nên làm vừa có khả năng gây thất vọng cho các cướp biển – mà là xác định những đặc tính hóa học nào là cần thiết để dung hòa hành vi của nó với khoa học ăn mòn đã biết.

CÁC ĐIỀU KIỆN BIÊN VÀ GIẢ ĐỊNH

Để xây dựng mô hình, chúng ta cần ước tính thời gian để grog ăn mòn xuyên qua chiếc cốc, cũng như độ dày thành cốc và thành phần vật liệu.

Thời gian

Bất kỳ ai đã chơi trò chơi nhiều lần, bao gồm cả tác giả, đều đã học được cách căn thời gian thay cốc cẩn thận để đến được nhà tù và đổ chất lỏng lên ổ khóa phòng giam của Otis. Thật là bực mình! Mặc dù trò chơi không cung cấp đồng hồ vật lý, tuổi thọ của một chiếc cốc có thể được đo "thực nghiệm" bằng cách để Guybrush đổ đầy nó, chờ cho đến khi nó tan chảy hoàn toàn và ghi lại thời gian đã trôi qua.

Tác giả đã đo thời gian thực hiện câu đố này gần cuối Màn 1, sau khi hoàn thành ba thử thách để trở thành cướp biển. Phiên bản được sử dụng là The Secret of Monkey Island: Special Edition, phát hành năm 2009 bởi LucasArts và phân phối qua Steam (LucasArts, 2009). Sử dụng đồng hồ bấm giờ, tác giả đo được tuổi thọ của cốc là khoảng 35 giây, đây là thời gian thủng đặc trưng được áp dụng trong mô hình. Như một sự đơn giản hóa hơn nữa, việc thủng thành cốc trong mô hình được coi là tương ứng với sự tan chảy hoàn toàn trong trò chơi.

Với những phép xấp xỉ liên quan trong mô hình, độ chính xác cao hơn về thời gian đo được nằm ngoài phạm vi của nghiên cứu này.

Vật liệu

Chiếc cốc trông giống như một chiếc vại uống rượu truyền thống (Hình 1): nó có màu kim loại xám xỉn, hình dáng tròn và không có lớp men gốm hay vân gỗ rõ ràng.

Trong lịch sử, những chiếc vại như vậy thường được làm từ thiếc (pewter), một hợp kim dễ uốn bao gồm chủ yếu là thiếc (The Pewter Society, n.d.). Trò chơi ủng hộ nhận định này: nếu người chơi đợi đủ lâu sau khi đổ đầy cốc, nó sẽ chuyển từ "cốc đang tan chảy" thành "cục thiếc" (Hình 2) trước khi tan chảy hoàn toàn.

Thành phần của thiếc đã thay đổi theo thời gian và các hợp kim lịch sử có thể chứa chì. Thiếc hiện đại thường giàu thiếc nguyên chất. Vì thành phần hợp kim chính xác của chiếc cốc không được biết rõ, nên ở đây nó được coi là thiếc nguyên chất.

Độ dày

Trò chơi không cung cấp số đo độ dày thành cốc. Các vật dụng uống nước bằng thiếc trong lịch sử cung cấp bối cảnh cho việc lựa chọn vật liệu (The Pewter Society, n.d.), nhưng không xác định được độ dày của chiếc cốc hư cấu này. Do đó, độ dày 2 mm được chọn làm giá trị ước tính thay vì là một đặc tính đo lường được.

Thành phần và đặc tính dự kiến của grog

Đây là phần thú vị. Bảng 1 liệt kê các thành phần tiềm năng của grog, thành phần hóa học (nếu có) và đóng góp có thể có của chúng đối với sự ăn mòn thiếc. Những điều này cung cấp điểm khởi đầu để xem xét các cơ chế ăn mòn. Tuy nhiên, không phải tất cả các thành phần đều nhất thiết phải có mặt: các thủ lĩnh cướp biển chỉ định rõ "một hoặc nhiều thành phần sau".

Bảng 1. Các thành phần của grog, thành phần hóa học và khả năng ăn mòn thiếc tiềm ẩn.

Khi xem xét lượng đáng kể của từng thành phần được liệt kê và bỏ qua các tác động tiềm ẩn của thành phần bí ẩn SCUMM, grog có thể thể hiện các đặc điểm được tóm tắt trong Bảng 2. Những dự đoán này phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp. Điều thú vị là không có thành phần nào được liệt kê có vẻ giải thích rõ ràng cho màu xanh lục đậm xuất hiện trong trò chơi.

Bảng 2. Các đặc điểm hợp lý của hỗn hợp các thành phần được liệt kê.

Phân tích thành phần, axit sulfuric nổi bật là ứng cử viên rõ ràng nhất cho quá trình ăn mòn thiếc do proton thúc đẩy trong số các thành phần được xác định. Không có chất oxy hóa mạnh riêng biệt nào được liệt kê rõ ràng. Do đó, mô hình ban đầu coi grog là một dung dịch axit trong nước. Axit sulfuric đậm đặc cũng có thể đóng vai trò là chất oxy hóa, nhưng nước có trong rượu rum và axit ắc quy sẽ làm loãng nó đến mức độ được xác định bởi tỷ lệ pha trộn không xác định, có khả năng triệt tiêu khả năng oxy hóa.

MÔ HÌNH VÀ CÁC TÍNH TOÁN

Các giả định

Dựa trên các giả định được thiết lập trong Mục 2, bài toán được rút gọn thành quá trình hòa tan chỉ bằng axit của thành cốc thiếc lý tưởng, với độ dày 2 mm và thời gian xuyên thủng là 35 giây. Phản ứng sơ đồ là:

Sn+2H+→Sn2++H2 (1)

Mori và cộng sự (2002) thảo luận về khả năng chống chịu của thiếc nguyên chất đối với các axit không oxy hóa, liên quan đến sự giải phóng hydro chậm chạp, và nghiên cứu sự ăn mòn trong axit sulfuric và axit nitric bão hòa oxy. Oxy hòa tan cung cấp một chất phản ứng catốt thay thế; do đó, các thí nghiệm này không khẳng định rằng phản ứng (1) sẽ diễn ra nhanh chóng trong grog. Ở đây, quá trình hòa tan nhanh do proton thúc đẩy được cố tình giả định như một trường hợp giới hạn lý tưởng.

Mô hình bỏ qua các hạn chế từ động học giải phóng hydro và sự thụ động hóa bề mặt. Những giả định này ủng hộ quá trình hòa tan do proton thúc đẩy bằng cách cho phép các phản ứng bề mặt trong phương trình (1) diễn ra đủ nhanh để nguồn cung cấp proton kiểm soát tốc độ. Bề mặt được coi là một bể chứa hoàn hảo cho các proton, với nồng độ bề mặt tiến gần bằng không. Điều này tối đa hóa gradient nồng độ cho nồng độ khối và hình học vận chuyển đã định. Kiểm soát khuếch tán là một giả định đơn giản hóa, không phải là suy luận về sự ăn mòn thiếc thực tế.

Mất mát kim loại và dòng proton cần thiết

Trước tiên, chúng ta có thể tính toán lượng kim loại mất đi và nguồn cung cấp proton cần thiết cho kịch bản này. Các giá trị trung bình cần thiết tuân theo hình học và phép đo hóa học. Gọi L0 là độ dày ban đầu của cốc kim loại, L(t) là độ dày còn lại tại thời điểm t, và v là tốc độ bề mặt bên trong bị ăn mòn. Đối với tốc độ ăn mòn không đổi (hoặc tốc độ trung bình trong toàn bộ khoảng thời gian xuyên thủng),

Lt=L0−vt, td=L0v (2)

trong đó td là thời gian hòa tan. Điều này giả định sự tấn công một phía và sự ăn mòn đồng đều trên diện tích được xem xét. Sự xuyên thủng xảy ra khi độ dày còn lại bằng không. Giá trị sau đây là tốc độ ăn mòn trung bình cần thiết; nó không ngụ ý tốc độ tức thời không đổi trong mô hình nhất thời được giới thiệu dưới đây:

Bài gốc còn tiếp — xem tiếp tại bài gốc ↗