Ferrofluid Experimentieranleitung - Swiss Nano Cube

Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für
Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen
Ferrofluide
Experimentieranleitung für
Schüler/-innen
Dezember 2010
Stephan Knébel, Marianne Dietiker, Christoph Meili
Modulsponsor:
Dieses Modul wurde mit freundlicher Unterstützung
der Metrohm Stiftung Herisau realisiert.

Experimentieranleitung Ferrofluid
Anleitung zur Herstellung eines Ferrofluids
Chemikalien/Substanzen/Lösungen
• Lösung 1: 2 M Eisen(II)-chlorid Lösung in 2 M Salzsäure/2 M FeCl 2 (2 M HCl)
• Lösung 2: 1 M Eisen(III)-chlorid Lösung in 2 M Salzsäure/1 M FeCl 3 (2 M HCl)
• Lösung 3: 1 M Ammoniak-Lösung in Wasser/1M NH 3 (H 2 O)
• Lösung 4: 25%ige Tetramethylammonium Hydroxid-Lösung in Wasser/(CH 3 ) 4 N(OH) (H 2 O)
• destilliertes Wasser
Abbildung 1: (links) Lösung 1, (rechts) Lösung 2. (Bilder: Swiss Nano-Cube).
Sicherheitshinweis: Vorsicht ätzend! Schutzbrille, Handschuhe, Labormantel!
Benötigte Materialien pro Zweierteam
• 1 Magnetrührer mit Rührfisch und ein Rührfisch-Entfernen
• 4 graduierte Plastik-Pasteurpipetten (ca. 5 ml)
• 1 Stabpipette (10 ml)
• 2 Bechergläser (100 ml)
• 1 Abfallbehälter (ca. 0.5 l)
• 1 Wäge-Schale
• 1 starker Magnet/Haftkraft 3-4 kg
• 1 Stoppuhr
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Experimentieranleitung Ferrofluid
Versuchsdurchführung und Musterresultate
Tabelle 1: Übersichtstabelle
Lösung
Lösung 1
Lösung 2
Lösung 3
Lösung 4
Menge pro Experiment
1 ml
4 ml
50 ml
1 ml
1 2 3 4
Schritt 1: Eisenchlorid Lösungen mischen
Wichtig: Genau arbeiten!
1. 1 ml Lösung 1 mit einer sauberen 10 ml Stabpipette in
ein 100 ml Becherglas pipettieren.
2. 4 ml Lösung 2 mit einer sauberen 10 ml Stabpipette zur
Lösung 1 im 100 ml Becherglas hinzu pipettieren.
1
3. Einen Rührfisch ins Becherglas legen.
4. Das Becherglas auf einen Magnetrührer stellen und bei
angemessener Geschwindigkeit rühren.
2
Schritt 2: Ammoniak zugeben, Magnetit ausfällen
Wichtig: Besonders zu Beginn muss die Lösung 3 unbedingt
tropfenweise zugegeben werden.
1. Während 5 min (Stoppuhr benutzen) 50 ml Lösung 3
mit einer Plastik Pasteurpipette tropfenweise hinzu
pipettieren.
3
2. Gegen Ende der 5 min darf die Lösung 3 auch rascher
hinzu pipettiert werden. Die 5 min sollten unbedingt
eingehalten werden. Dabei kann beobachtet werden,
wie die schwarzen Magnetit-Nanopartikel ausfällen.
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3. Nachdem die gesamten 50 ml Lösung 3 zugegeben
wurden, den Magnetrührer ausschalten und den
Rührfisch so schnell wie möglich mit dem Rührfisch-
Entferner (eingepackt in eine Plastikhülle) entfernen.
Dabei unbedingt Handschuhe tragen. Den Rührfisch
und den Rührfisch-Entferner auf ein Papier-
Taschentuch legen und später säubern.
Schritt 3: Magnetit-Teilchen waschen
1. Das Becherglas auf einem starken Magneten platzieren
und solange warten, bis sich die entstandenen
Magnetit-Teilchen (schwarz) am Boden des
Becherglases abgesetzt haben. Der Überstand sollte
nahezu klar sein.
.
2. Ohne den Magneten zu entfernen, den klaren
Überstand in ein Abfallbehältnis entleeren
(abdekantieren).
3. Danach das Becherglas zu einem Drittel mit dest.
Wasser füllen und die Magnetit-Teilchen darin
aufschwämmen. Dabei ist es wichtig, dass schnell
gearbeitet wird, denn je länger die Magnetit-Teilchen
mit dem Magneten zurückgehalten werden, desto eher
verklumpen sie und können nachher nur noch mühsam
in Wasser aufgeschwemmt werden.
Schritt 4: Ferrofluid in der Wäge-Schale
1. Die schwarze Flüssigkeit in eine Wäge-Schale abfüllen
und diese auf den Magneten stellen.
2. Abwarten, bis sich die Magnetit-Teilchen am Grund der
Wäge-Schale abgesetzt haben.
3. Den klaren Überstand in ein Abfallbehältnis entleeren.
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Experimentieranleitung Ferrofluid
Schritt 5: Ferrofluid stabilisieren
Sicherheitshinweis: Vorsicht giftig!
4
1. Mit einer Plastik-Pasteurpipette ca. 1 ml Lösung 4 dazu
pipettieren.
2. Den Magneten unter der Wäge-Schale 2 min im Kreis
drehen und Lösung 4 mit den Magnetit-Teilchen
vermischen.
3. Anschliessend lässt sich das Ferrofluid mit dem
Magneten entlang der magnetischen Feldlinien
ausrichten. Dazu soll der Magnet ca. 5 mm unterhalb
der Wäge-Schale gehalten werden und dabei leicht hin
und her bewegt werden. Es lassen sich igelartige
Strukturen beobachten (Abb. 2).
Erwartete Resultate
Abbildung 2: Igelstrukturen im Ferrofluid (Bilder: Swiss Nano-Cube).
Entsorgung der Lösungen und Chemikalien
Alle Lösungen, Chemikalien sowie die hergestellten Ferrofluide werden von der Lehrperson
eingesammelt. Auf gar keinen Fall im Ausguss entsorgen!
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