Jak zrobić płynne magnesy

virtualphoto / Getty Images

Magnes płynny lub ferrofluid jest koloidalny mieszanina cząstek magnetycznych (o średnicy ~10 nm) w ciekłym nośniku. Gdy nie ma zewnętrznego pola magnetycznego, płyn nie jest magnetyczny, a orientacja cząstek magnetytu jest przypadkowa. Jednak po przyłożeniu zewnętrznego pola magnetycznego momenty magnetyczne cząstek wyrównują się z liniami pola magnetycznego. Po usunięciu pola magnetycznego cząsteczki powracają do losowego ustawienia.

Właściwości te można wykorzystać do stworzenia cieczy, która zmienia swoją gęstość w zależności od siły pola magnetycznego i może tworzyć fantastyczne kształty.

Płynny nośnik ferrofluidu zawiera surfaktant aby zapobiec sklejaniu się cząstek. Ferrofluidy mogą być zawieszone w wodzie lub w płynie organicznym. Typowy ferrofluid zawiera około 5% magnetycznych ciał stałych, 10% środka powierzchniowo czynnego i 85% objętościowo nośnika. Jeden rodzaj ferrofluidu, jaki można wytworzyć, wykorzystuje magnetyt do cząstek magnetycznych, kwas oleinowy jako środek powierzchniowo czynny i naftę jako płyn nośny do zawieszania cząstek.

Ferrofluidy można znaleźć w wysokiej klasy głośnikach i głowicach laserowych niektórych odtwarzaczy CD i DVD. Są one stosowane w uszczelnieniach o niskim współczynniku tarcia do silników z wałem obrotowym i uszczelnieniach komputerowych napędów dyskowych. Możesz otworzyć dysk komputera lub głośnik, aby dostać się do płynnego magnesu, ale całkiem łatwo (i zabawnie) zrobić własny ferrofluid.

Oto jak:

01 z 05

Względy bezpieczeństwa

Bezpiecznik / Getty Images

' id='mntl-sc-block-image_2-0-1' />

Bezpiecznik / Getty Images

Ta procedura wykorzystuje łatwopalne substancje i generuje ciepło oraz toksyczne opary. Nosićokulary ochronnei ochrony skóry, pracuj w dobrze wentylowanym miejscu i zapoznaj się z danymi bezpieczeństwa dotyczącymi chemikaliów. Ferrofluid może poplamić skórę i odzież. Przechowuj go w miejscu niedostępnym dla dzieci i zwierząt. Skontaktuj się z lokalnym centrum kontroli zatruć, jeśli podejrzewasz połknięcie. Istnieje ryzyko zatrucia żelazem; nośnikiem jest nafta.

02 z 05

Materiały

Jopstock / Getty Images

' id='mntl-sc-block-image_2-0-4' />

Jopstock / Getty Images

Oto materiały, których będziesz potrzebować:

• Amoniak domowy
• Kwas oleinowy (znajduje się w niektórych aptekach, sklepach rzemieślniczych i ze zdrową żywnością)
• Wytrawiacz PCB (roztwór chlorku żelazowego), dostępny w sklepach z elektroniką. Możesz zrobić roztwór chlorku żelazowego lub chlorku żelazawego lub możesz użyć proszku magnetytu lub hematytu magnetycznego, jeśli masz pod ręką którykolwiek z tych minerałów. (Hematyt magnetyczny jest niedrogim minerałem używanym w biżuterii.)
• Wełna stalowa
• Woda destylowana
• Magnes
• Nafta oczyszczona
• Źródło ciepła
• 2 zlewki lub miarki
• Plastikowa strzykawka lub kubek na lekarstwa (coś do odmierzenia 10 ml)
• Bibuły filtracyjne lub filtry do kawy

Chociaż możliwe jest dokonanie substytucji kwasu oleinowego i nafty, zmiany w chemikaliach spowodują zmiany w charakterystyce ferrofluidu w różnym stopniu. Możesz wypróbować inne środki powierzchniowo czynne i inne rozpuszczalniki organiczne; jednak środek powierzchniowo czynny musi być rozpuszczalny w rozpuszczalniku.

03 z 05

Syntezujący magnetyt

Ekaterina Lutokhina / Getty Images

' id='mntl-sc-block-image_2-0-9' />

Ekaterina Lutokhina / Getty Images

Cząstki magnetyczne w tym ferrofluidu składają się z magnetytu. Jeśli nie zaczynasz od magnetytu, pierwszym krokiem jest jego przygotowanie. Odbywa się to poprzez redukcję chlorku żelazowego (FeCl₃) w wytrawiaczu PCB do chlorku żelaza (FeCl_dwa). Chlorek żelazowy poddaje się następnie reakcji w celu wytworzenia magnetytu. Komercyjny środek do wytrawiania PCB to zwykle 1,5M chlorek żelazowy, aby uzyskać 5 gramów magnetytu. Jeśli używasz roztworu podstawowego chlorku żelazowego, postępuj zgodnie z procedurą, używając roztworu 1,5M.

1. Wlej 10 ml wytrawiacza PCB i 10 ml wody destylowanej do szklanego kubka.
2. Dodaj do roztworu kawałek wełny stalowej. Mieszaj płyn, aż uzyskasz zmianę koloru. Roztwór powinien stać się jasnozielony (zielony to FeCl_dwa).
3. Przefiltruj płyn przez bibułę filtracyjną lub filtr do kawy. Zachowaj płyn; wyrzucić filtr.
4. Wytrącić magnetyt z roztworu. Dodaj 20 ml wytrawiacza PCB (FeCl₃) do zielonego roztworu (FeCl_dwa). Jeśli używasz roztworów podstawowych chlorku żelaza i żelaza, pamiętaj o FeCl₃i FeCl_dwareagują w stosunku 2:1.
5. Wymieszać 150 ml amoniaku. Magnetyt Fe₃O₄, wypadnie z rozwiązania. To jest produkt, który chcesz zebrać.

04 z 05

Zawieszanie magnetytu w nośniku

Westend61 / Getty Images

' id='mntl-sc-block-image_2-0-13' />

Westend61 / Getty Images

Cząsteczki magnetyczne muszą być pokryte środkiem powierzchniowo czynnym, aby nie sklejały się po namagnesowaniu. Powleczone cząstki zostaną zawieszone w nośniku, dzięki czemu roztwór magnetyczny będzie płynął jak ciecz. Ponieważ będziesz pracować z amoniakiem i naftą, przygotuj nośnik w dobrze wentylowanym pomieszczeniu, na zewnątrz lub pod wyciągiem. Wykonaj następujące kroki:

1. Podgrzej roztwór magnetytu do temperatury tuż poniżej wrzenia.
2. Dodać 5 ml kwasu oleinowego. Utrzymuj ciepło, aż amoniak wyparuje (około godziny).
3. Zdejmij mieszaninę z ognia i pozwól jej ostygnąć. Kwas oleinowy reaguje z amoniakiem, tworząc oleinian amonu. Ciepło pozwala jonom oleinianowym dostać się do roztworu, podczas gdy amoniak ulatnia się w postaci gazu (dlatego potrzebna jest wentylacja). Kiedy jon oleinianowy wiąże się z cząstką magnetytu, jest ponownie przekształcany w kwas oleinowy.
4. Dodaj 100 ml nafty do powlekanej zawiesiny magnetytu. Mieszać zawiesinę, aż większość czarnego koloru zostanie przeniesiona do nafty. Magnetyt i kwas oleinowy są nierozpuszczalne w wodzie, natomiast kwas oleinowy jest rozpuszczalny w nafcie. Powleczone cząstki opuszczą roztwór wodny na korzyść nafty. W przypadku zastąpienia nafty rozpuszczalnik musi mieć tę samą właściwość: zdolność do rozpuszczania kwasu oleinowego, ale nie niepowlekanego magnetytu.
5. Dekantować i zapisz warstwę nafty. Wylej wodę. Magnetyt plus kwas oleinowy plus nafta to ferrofluid.

05 z 05

Rzeczy do zrobienia z ferrofluidem?

LYagovy / Getty Images

' id='mntl-sc-block-image_2-0-17' />

LYagovy / Getty Images

Ferrofluid jest bardzo silnie przyciągany przez magnesy, więc utrzymuj barierę między cieczą a magnesem (np. tafla szkła). Unikaj rozpryskiwania płynu. Zarówno nafta, jak i żelazo są toksyczne, więc nie spożywaj ferrofluidu ani nie dopuszczaj do kontaktu ze skórą – nie mieszaj go palcem ani nie baw się nim.

Oto kilka pomysłów na działania związane z ferrofluidem z ciekłym magnesem:

• Użyj silnego magnesu, aby unieść pensa na ferrofluid.
• Użyj magnesów, aby przeciągnąć ferrofluid po ściankach pojemnika.
• Zbliż magnes do ferrofluidu, aby zobaczyć, jak tworzą się kolce, podążając za liniami pola magnetycznego.

Poznaj kształty, które możesz uformować za pomocą magnesu i ferrofluidu. Przechowuj płynny magnes z dala od ciepła i płomieni. Jeśli w pewnym momencie musisz pozbyć się ferrofluidu, wyrzuć go tak, jak pozbywasz się nafty.