Почему раствор не обладал остаточной намагниченностью? Как называется это явление? Почему исходный образец можно было намагнитить? (2 балла)

Из-за броуновского движения. Наночастицы магнетита перемещались в растворе и теряли упорядоченность, приобретённую при действии внешнего магнитного поля. Это явление называется суперпарамагнетизм. В исходном образце бетона частицы были закреплены в матрице и не перемещались. Поэтому они сохраняли остаточную намагниченность.

Какое оружие получил Кью в первом опыте? (1 балл)

Смесь магнетита и алюминия – это термит. Зажигательное оружие.

Как можно провести обессоливание раствора? (1 балл)

Основных способов два: диализ и ультрафильтрация с промывкой дистиллированной водой. Осаждение спиртом (или иным растворителем) здесь малопригодно, так как осаждается также алюминат натрия.

Расшифруйте компоненты и структуру бетона. Опишите назначение каждого компонента. (4 балла)

Вещество, растворимое и в кислоте и в щёлочи с выделением газа, к тому же пластичное, – это, скорее всего алюминий.

Чёрная магнитная суспензия, растворимая в кислоте с образованием желто-коричневого раствора – оксид железа. При прокаливании превращается в ярко-красный оксид. И гидроксид алюминия и гидроксиды железа не растворимы в водном аммиаке. По данным задачи определить оксид алюминия можно только после расчёта выделившегося газа.

Компоненты: магнетит, алюминий, оксид алюминия.

Структура: зёрна магнетита покрыты оболочкой оксида алюминия. Всё помещено в алюминиевую матрицу.

Назначение: Магнетит – высокая твёрдость и прочность бетона, ослабление магнитного удара, задерживание радиации (кроме нейтронов)

Оксид алюминия – оболочка, предотвращающая реакцию алюминия и магнетита. Промежуточный слой обеспечивающий адгезию магнетита и алюминия.

Алюминий – металлическая матрица. Обеспечивает вязкость и пластичность бетона, гасит механические удары, при условии заземления – защита от электрического разряда.

Напишите уравнения описанных в задаче реакций. (3 балла)

2Al + 2NaOH + 6H2O => 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O => 2Na[Al(OH)₄]

2Al + 6HCl => 2AlCl₃ + 3H₂↑

Al₂O₃ + 6HCl => 2AlCl₃ + 3H₂O

Fe₃O₄ + 8HCl => FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O

AlCl₃ + 3NH₃ + 3H₂O => Al(OH)₃↓ + 3NH₄Cl

FeCl₃ + 3NH₃ + 3H₂O => Fe(OH)₃↓ + 3NH₄Cl (маловероятно)

FeCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O => Fe(OH)₂↓ + 2NH₄Cl (маловероятно)

FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O + 8NH₃ => Fe₃O₄↓+ 8NH₄Cl (наиболее вероятна)

2Fe(OH)₃ => Fe₂O₃ + 3H₂O

4Fe(OH)₂ + O₂ => 2Fe₂O₃ + 4H₂O

4Fe₃O₄ + O₂ => 6Fe₂O₃

3Fe₃O₄ + 8Al => 9Fe + 4Al₂O₃

Рассчитайте толщину оболочки на наночастицах. (2 балла)

Простой расчёт показывает, что в образце 200 мг алюминия, 700 мг магнетита и 100 мг оксида алюминия. Для расчёта необходимы значения плотности оксида алюминия и магнетита и расчёт размера частиц магнетита.

Плотность оксида алюминия равна 3,99 г/см³.

Плотность магнетита – 5,18 г/см³.

Объём частиц магнетита = 4*π*r³/3 = 1767 нм³.

Масса частиц магнетита равна 9,15*10^-18 г.

Количество частиц в грамме бетона равно 7,65*10¹⁶ штук.

На каждую из них приходится 1,31*10^-18 г оксида алюминия

Объём оксида алюминия равен 1,31*10-¹⁸/3,99*10^-21 = 327,7 нм³.

Общий объём покрытой частицы равен 2095 (нм³)

Радиус частицы равен 7,94 нм.

Радиус магнетита равен 7,5 нм.

Толщина оболочки 0,44 нм.

Можно ли использовать такой бетон в холодном климате? Почему? (1 балл)

Нельзя, у него слишком высокая теплопроводность. Данное помещение будет невозможно обогреть

Какой тип проникающей радиации данный бетон задерживает слабо? (1 балл)

Нейтронное излучение будет задерживаться значительно слабее, чем остальные виды.