Chemické pokusy s nanomateriály/Ukázka magnetického chování ferrokapalin

Ukázka magnetického chování ferrokapalin
Chemikálie	Ferrofluid
Pomůcky	Neodymový magnet, pasteurova pipeta, vialka a detergent
Typ pokusu	základní škola a žákovský školní pokus
Časová náročnost	10 min
Bezpečnost
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Popis pokusu

Pokus slouží jako ukázka magnetických vlastností ferrokapalin. Využitá ferrokapalina je tvořena nanočásticemi železa o velikosti cca 10 nm. Přiložením neodymového magnetu k náobce k ferrokapalině je možné pozorovat charakteristické chování ferokapalin ve vnějším magnetickém poli.

Princip

Ferrokapaliny jsou koloidní dosperze ferromagnetických nanočástic o velikosti přibližně 10 nm a povrchově aktivních látek rozptýlených v rozpouštědle. Ferromagnetické částice jsou takové částice, které je možno permanentně zmagnetizovat pomocí vnějšího magnetického pole. Mezi typické ferromagnetické materiály se řadí kobalt, nikl nebo železo a některé jejich oxidy. Povrchově aktivní látky se do směsi přidávají jako ochranný koloid, funkcí těchto látek je zabránění ve slepování ferromagnetických nanočástic v disperzi. Jako disperzní prostředí bývají při přípravě ferrofluidů nejčastěji využívány minerální a rostlinné oleje.

Ferromagnetickou suspenzí je možné manipulovat pomocí externího magnetického pole. Pokud tedy k ferrofluidu přiložíme magnet můžeme pozorovat přitahování rozptýlených magnetických částic a vytváření charakteristických útvarů, kopírujících tvar siločar externího magnetického pole.

Ferrofluidy nacházejí své uplatnění jako maziva u ložisek hřídelí, či jako chladící kapalina u kmitacích cívek některých reproduktorů. Jednou z nově zkoumaných aplikací je využití magnetických disperzí v cíleném transportu léčiv. Magnetické nanočástice totiž přinášejí možnost jejich lokalizace pomocí vnějšího magnetického pole.

Postup

Ilustrace popisující chemický pokus - Ukázka magnetického chování ferrokapalin. V ilustraci je znázorněn postup práce a schématické znázornění magnetických domén nanočástic a jejich chování v magnetickém poli.

1. Uzavíratelnou průhlednou nádobu naplníme do ¾ vodou a přidáme 2-5 kapek saponátu, či jiného surfaktantu.
2. Pasteurovou pipetou opatrně přidáme několik kapek ferrofluidu, které se usadí na dně nádoby.
3. Nádobu uzavřeme víčkem.
4. Magnet přiblížíme k ferrofluidu v nádobě. Magnetické nanočástice se začnou orientovat podle vnějšího magnetického pole způsobeného magnetem a dojde ke vniku charakteristického útvaru s ostny, které vizualizují magnetické siločáry.
5. Pokud budeme pohybovat magnetem, ferrofluid bude následovat pohybující se magnetické pole.
6. Pokud uzavřenou nádobou zatřepeme, rozptýlíme magnetické nanočástice v roztoku. Po nějakém čase dojde k usazení částic na dně nádoby. Tento proces bude u takto malých částic, v důsledku Brownova pohybu, trvat poměrně dlouhou dobu. Je možné jej urychlit přiložením magnetu ze spodní strany nádoby.