تبلیغات
پژوهش سرای دانش آموزی لاهیجان - چگونه یک سیال مغناطیسی بسازیم؟ مشاهده تغییر خواص مواد در مقیاس نانو

چگونه یک سیال مغناطیسی بسازیم؟ مشاهده تغییر خواص مواد در مقیاس نانو

دوشنبه 14 فروردین 1391  04:55 ب.ظ

نوع مطلب :مقالات المپیاد نانو ،

چگونه یک سیال مغناطیسی بسازیم؟
مشاهده تغییر خواص مواد در مقیاس نانو

سیالات مغناطیسی یا فروفلویدها، سوسپانسیون‌های کلوییدی از نانو ذرات مغناطیسی هستند که نسبت به میدان مغناطیسی خارجی واکنش نشان می‌دهند. این امر سبب می‌گردد که محل قرار گرفتن این محلول را از طریق به کارگیری یک میدان مغناطیسی کنترل نمود. نانو ذرات مغناطیسی Fe3O4 را می‌توان از طریق مخلوط کردن نمک های آهن  II و III در یک محلول پایه به دست آورد. برای تهیه این محلول ضروری است که ذرات، اندازه کوچک خود را حفظ کرده و به یکدیگر نپیوندند تا مخلوط به صورت سوسپانسیون باقی بماند. برای این منظور از دسته دیگری از مواد به نام  سورفکتانت‌ استفاده می‌شود که مانع نزدیک شدن بیش از اندازه‌ی ذرات به یکدیگر می‌گردند. زمانی که یک سیال مغناطیسی در مجاورت یک مغناطیس قوی قرار میگیرد، تصویری زیبا از ذرات سوزنی به نمایش گذاشته می‌شود.

مواد و تجهیزات مورد نیاز

مواد

1- اسید کلریدریک 2 مولار

روش تهیه: 21 میلی اسید کلریدریک غلیظ را در 250 میلی لیتر آب رقیق کنید.

2- محلول 2 مولار FeCl2(H2O)4 در اسید کلریدریک 2 مولار

روش تهیه: 9/19 گرم FeCl2(H2O)4 را در 50 میلی‌لیتر اسید کلریدریک 2 مولار حل کنید. این ماده به راحتی در اسید کلریدریک حل می شود. اما محلول حاصل به سادگی با اکسیژن واکنش می‌دهد بنابر این باید محلول را در زمان آزمایش تهیه و بلافاصله از آن استفاده کرد. هر بار آزمایش به یک میلی لیتر از این محلول احتیاج دارد.

3- محلول 1 مولار FeCl3(H2O)6 در اسید کلریدریک 2 مولار

روش تهیه: 1/54 گرم از FeCl(HO) را در 200 میلی لیتر اسید کلریدریک 2 مولار حل کنید. این ترکیبات به کندی در هم حل می شوند. هر بار آزمایش به 4 میلی لیتر از این محلول احتیاج دارد.

4- محلول آمونیاک 1 مولار در آب

روش تهیه: حداقل 200 میلی‌لیتر از هیدروکسید آمونیوم غلیظ را با آب به حجم 3 لیتر برسانید. هر نفر به 50 میلی‌لیتر از این محلول احتیاج دارد. توجه داشته باشید که باز بودن ظرف محتوی محلول آمونیاک، علاوه بر انتشار بوی ناخوشایند در محیط،  سبب کاهش غلظت آن شده و در نتیجه آزمایش تاثیر دارد.

5- محلول 25 درصدی تترا متیل آمونیوم هیدروکسید در آب

روش تهیه: این محلول به صورت تجاری دردسترس است، اما در معرض هیدرولیز شدن است. بوی زننده‌ی و ماهی مانند آمین، حاکی از هیدرولیز شدن محلول است. این امر می‌تواند در نتیجه‌ی سنتز تاثیر نامطلوب داشته باشد. در این صورت 1 تا 2 میلی‌لیتر بیشتر از محلول استفاده کنید.

 

 

 

تجهیزات

1- بشر 100 و 200 میلی لیتری

2- ظرف پلاستیکی توزین

3- دستکش یک بار مصرف

4- مگنت _ آهن‌ربا

5- همزن مغناطیسی

6- آب فشان

7- پیپت

8- بورت

 

 

 

·توجه: محلول های آهن باید کاملا به صورت شفاف و عاری از هر گونه ذره‌ی حل نشده‌ای باشند و در ظرفی در پوش‌دار نگهداری شوند.

·توجه: سیالات مغناطیسی می‌توانند روی هر نوع پارچه‌ای لکه‌هایی دایمی از خود به جا بگذارند.

·توجه: اگر چه محلول یک مولار آمونیاک نسبتا رقیق است، اما توجه داشته باشید که آمونیاک یک باز قوی است.

·توجه: با محلول‌های تهیه شده می‌توان این آزمایش را 50 بار تکرار کرد.

شرح آزمایش

1-پیش از اینکه آزمایش را آغاز کنید، به رنگ محلول آهن (II) توجه کنید زیرا به آرامی با اکسیژن واکنش داده و تبدیل به آهن (III) می‌شود. رنگ محلول‌های آهن (II) (سمت راست) و آهن (III) (سمت چپ) در شکل نشان داده شده است.

برای دیدن فیلم بر روی تصویر کلیک کنید

 2-درون یک بشر 100 میلی لیتری، 4 میلی لیتر از محلول FeCl3 و 1 میلی لیتر از محلول FeCl2 اضافه کنید. درون بشر یک مگنت بیندازید و آن‌را روی همزن مغناطیسی (Stirrer) قرار دهید تا محلول هم بخورد.

برای دیدن فیلم بر روی تصویر کلیک کنید

3-ضمن هم خوردن محلول، 50 میلی لیتر از محلول آمونیاک را طی 5 دقیقه به آرامی به آن اضافه کنید (می توانید از بورت برای اضافه کردن قطره قطره ای آمونیاک به ظرف بشر استفاده کنید). بعد از مشاهده‌ی رسوب‌های اولیه قهوه‌ای رنگ، رسوب های سیاه رنگ تشکیل می شوند ( آهن مغناطیسی).

4- همزن مغناطیسی ( استیرر) را خاموش کنید و با استفاده از یک آهن ربای قوی، به سرعت مگنت را از کنار دیواره‌ی بشر بیرون بکشید. قبل از این که مگنت به آهن ربا بچسبد، آن را با انبر یا دستتان بگیرید (طی انجام آزمایش از دستکش استفاده کنید).

5- اجازه بدهید ذرات مغناطیسی ته نشین شوند. برای این منظور می‌توانید از یک آهن‌ربا در زیر بشر استفاده کنید.

6- مایع شفاف روی ذرات را به دقت و بدون از دست دادن مقدار زیادی از ذرات مغناطیسی سر ریز کرده و دور بریزید. برای این منظور بهتر است آهن‌ربا را در زیر بشر نگه‌ دارید.



7- جامدات تهیه شده را به ظرف توزین منتقل کنید. برای انتقال بهتر ذرات می‌توانید با کمک یک آب‌فشان بخش‌های داخلی بشر را بشورید.

8- برای نگه داشتن مایع مغناطیسی (فروفلوید) در ته ظرف توزین، از یک آهن‌ربای قوی استفاده کنید.

9- آب روی ذرات را سر ریز کنید تا جایی که آب تمیز به نظر برسد. دوباره ذرات مغناطیسی را با آب بشویید و آب را سرریز کنید. عمل شستن را سه بار انجام دهید.

 10-دو میلی لیتر از محلول تترا متیل آمونیوم هیدروکسید را به ظرف توزین اضافه کنید و با استفاده از همزن شیشه‌ای، حداقل به مدت یک دقیقه آن را هم بزنید تا ذرات در محلول به صورت معلق درآیند (باز هم از یک آهن ربای قوی برای ته نشین کردن ذرات در ته ظرف توزین استفاده کنید). مایع سیاه رنگ را سر ریز کنید و دور بریزید. آهن‌ربای قوی را دور ظرف حرکت دهید و دوباره مایع را سرریز کنید. اگر ذرات مغناطیسی شکل سوزنی به خود نگرفته‌اند، بار دیگر آهن‌ربا را به دور ظرف حرکت دهید و مایع اضافی را سرریز کنید.

11-وقتی یک آهن ربا را زیر ذرات مغناطیسی به حرکت در می آورید، چه اتفاقی رخ می‌دهد؟ اگر شما از یک آهن‌ربای بسیار قوی استفاده کنید، می‌توانید نتایج جالبی از تغییر فاصله آهن‌ربا با ظرف مشاهده کنید.


نوشته شده توسط: علیپور | آخرین ویرایش:- | نظرات() 

 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر