(решение задач блока КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, как и других блоков, позволит отобрать ТРЕХ человек на очный тур, набравших при решении задач ЭТОГО блока наибольшее количество баллов. Дополнительно по результатам очного тура эти претенденты будут бороться за специальную номинацию «Конструкционные и строительные наноматериалы». На очный тур будет отобрано также еще 5 человек, набравших наибольшее абсолютное количество баллов, поэтому после решения задач по своей специальности есть полный смысл решать задачи из других блоков.)
Биокерамика уже сейчас применяется в практической медицине при протезировании и изготовлении имплантантов. При этом ее поведение в организме в существеннейшей степени зависит не только от базового химического состава и введенных легирующих добавок, но и от микроструктуры, в том числе пористости, размера и анизотропии формы зерен и т.д. Большинство из этих параметров зависит от предыстории получения керамики.
Для получения керамики на основе пирофосфата кальция Ca2P2O7 в качестве исходных использовали два порошка брушита CaHPO4·2H2O, один из которых был синтезирован из нитрата кальция и гидрофосфата аммония, а другой из ацетата кальция и гидрофосфата аммония. Образование фосфатов кальция с соотношением Са/Р=1 происходит при рН 4-5. При нагревании брушит последовательно превращается в монетит CaHPO4 (200оС), а затем в пирофосфат Ca2P2O7 (4000С). Спекание частиц (образование монолитного поликристаллического материала) происходит при обжиге при 1100 -1150оС.
1. Напишите уравнения реакций, использованных при синтезе (1 балл)
2. Напишите уравнения химических процессов, которые будут протекать при нагревании полученных порошков брушита (1 балл)
3. На рисунке 1 изображен внешний вид частиц порошка, прокаленного при 500оС. Из какой пары указанных прекурсоров синтезирован порошок пирофосфата кальция Ca2P2O7 на рисунке 1 а и 1 б? Аргументируйте свой ответ. (2 балла)
4. На рисунке 2 представлены микрофотографии сколов керамики на основе пирофосфата кальция Ca2P2O7, полученной из различных порошков брушита. Из какой пары указанных прекурсоров синтезирован порошок брушита, использованный для получения керамики на основе пирофосфата кальция Ca2P2O7 на рисунке 2 а и 2 б? Аргументируйте свой ответ. (2 балла)
5. Как изменится микроструктура керамики, если для ее изготовления использовать нанодисперсные порошки? Аргументируйте свой ответ. (3 балла).
