Trabajo Práctico Ferrofluidos Integrantes: Grondona, Francisco ...

Física C Trabajo especial Ferrofluidos
Grondona – Sánchez Arruiz - Valero
Trabajo Práctico
Ferrofluidos
Integrantes: Grondona, Francisco
Sánchez Arruiz, Agustín
Valero, Germán
Docente: Larrondo, Hilda
Año: 2007
Matería: Física C

Física C Trabajo especial Ferrofluidos
Grondona – Sánchez Arruiz - Valero
Síntesis de ferrofluidos
El propósito de este trabajo fue la preparación de ferrofluidos, uno a base de
cloruro férrico y ferroso y otro con aceite comestible y toner. Las partículas
magnéticas utilizadas en la preparación de los ferrofluidos se obtuvieron por
precipitación química. Una vez obtenidos los fluídos se llevaron a cabo dos
experiencias.
Propiedades de los ferrofluidos
Un ferrofluido es un líquido que se polariza en presencia de un campo magnético.
Los ferrofluidos se componen de partículas ferromagnéticas suspendidas en un
fluido portador, que comúnmente es un solvente orgánico o agua. Las
nanopartículas ferromagńeticas están recubiertas de un surfactante para prevenir
su aglomeración a causa de las fuerzas magnéticas y de van der Waals. Los
ferrofluidos, a pesar de su nombre, no muestran ferromagnetismo, pues no
retienen su magnetización en ausencia de un campo aplicado de manera externa.
De hecho, los ferrofluidos muestran paramagnetismo y normalmente se identifican
como "superparamagnéticos" por su gran susceptibilidad magnética. Un auténtico
fluido ferromagnético es difícil de crear en la actualidad, requiriendo elevadas
temperaturas y levitación electromagnética.
Los ferrofluidos se componen de partículas ferromagnéticas microscópicas,
normalmente magnetita, hematita o algún otro compuesto con contenido de Fe2+
or Fe3+. Las nanopartículas típicamente son del orden de 10 nm. Esto es lo
suficientemente pequeño para que la agitación térmica las distribuya
uniformemente dentro del fluido portador, así como para contribuir a la respuesta
magnética general del fluido. Esto es análogo a la forma como los iones de una
solución salina acuosa paramagnética (por ejemplo, una solución acuosa de
sulfato de cobre o cloruro de manganeso) le confieren dichas propiedades
paramagnéticas.
Un verdadero ferrofluido es estable; esto significa que las partículas sólidas no se
aglomeran o separan en fase, aún bajo la influencia de campos magnéticos muy
intensos. Sin embargo, el surfactante tiende a descomponerse al paso del tiempo
(algunos años) y eventualmente las nanopartículas se aglomeran y separan,
dejando de contribuir a la respuesta magnética del fluido.
Al sujetar un fluido paramagnético a un campo magnético vertical de suficiente
intensidad, la superficie espontáneamente forma un patrón corrugado muy regular.
Este notable efecto es conocido como inestabilidad bajo campo normal. La
formación corrugada incrementa la energía gravitacional y de superficie libre del
líquido, pero reduce la energía magnética. Las formaciones aparecen únicamente
al exceder un valor crítico para el campo magnético, cuando la reducción de
energía magnética sobrepasa el incremento en energía de superficie y gravitación.
Los ferrofluidos tienen una susceptibilidad magnética muy elevada y el campo
magnético crítico requerido para la aparición de patrones corrugados puede
alcanzarse con un pequeño magneto.

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Fluido 1
Colocamos en un vaso de precipitado aceite 10 (sae) y toner de
fotocopiadora laser, relación 1 a 1. Luego mezclamos mediante el uso de un
agitador magnético hasta obtener un fluido de color negro sin partículas en
suspensión.
Fluido 2
Preparación de las partículas de magnetita
Las partículas de magnetita se prepararon mediante la técnica de precipitación
química, que consistió en mezclar una solución de cloruro férrico (FeCl3.6H2O) y
sulfato ferroso (FeSO4.4H2O) al 0.1 M con agitación mecánica a una velocidad de
2000 rpm. La relación molar de FeCl3:FeSO4 fue constante con un valor de 2:1.
Esta solución se calentó hasta una temperatura de 70 °C, inmediatamente se
aumento la velocidad de agitación hasta 7500 rpm y se agregó rápidamente una
solución de hidróxido de amonio (NH4OH) al 10% en volumen, instantáneamente
se formó un precipitado oscuro que son las nanopartículas de magnetita. Este
precipitado se lavó varias veces con agua destilada para remover los iones Cl- y el
hidróxido de amonio remanente, que inhiben la adsorción de las moléculas del
estabilizador que se usará ara la preparación del ferrofluido. Las nanopartículas de
magnetita lavadas se mantuvieron en suspensión para facilitar su uso en la
preparación del ferrofluido.
Preparación del ferrofluido
La preparación del ferrofluido se llevó a cabo mediante el método de peptización.
Se usó ácido oleico como surfactante, keroseno u aceite comestible como líquido
portador y la magnetita en suspensión como el material magnético. Se preparó
una solución de magnetita/ácido oleico/keroseno u aceite comestible, ésta se puso
a calentar a una temperatura de 70 - 75 °C con agitación constante (450 rpm)

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hasta que se evaporó el agua residual que contenía la magnetita y se formó una
pasta (el tiempo aproximado fue de 6 h). Después de esto, se agregó una solución
de ácido oleico/keroseno u aceite comestible hasta obtener el ferrofluido estable
(aproximadamente 4 h), lo anterior se hizo a la misma temperatura y velocidad de
agitación.

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Experiencia N°1
Tomamos una muestra del fluido y lo colocamos sobre un recipiente plano.
Colocamos un imán debajo del mismo y lo movemos para ver como se comporta
el fluido bajo la acción de un campo magnético.
Resultados experimentales
Fluido 1: Se puede observar una débil respuesta del fluido bajo la acción del
campo. La superficie del mismo se mueve junto al imán notando una leve
ondulación.
No podemos afirmar que los resultados obtenidos fueron los esperados.
Fluido 2: Al igual que el fluido 1, se observó la respuesta del fluido al movimiento
del imán, pero de forma más notoria, es decir la ondulación antes observada es
más pronunciada que la anterior.
Los resultados obtenidos fueron más satisfactorios que con el fluido anterior.
Experiencia N°2
Goteamos el fluido sobre un tornillo imantado colocado sobre el imán para ver
como se comporta el ferrofluido en esta situación. Es de esperar que por la acción
del campo magnético los dipolos se orienten según este campo evidenciándose la
formación de picos, es decir, sobre el tornillo se podría ver una estructura similar a
la de un árbol.
Resultados experimentales
Fluido 1: No se pudo observar la formación de picos.
Fluido 2: En este caso como se puede ver en las imágenes se formó un pico
orientado hacia el imán.

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Conclusiones generales
Los resultados obtenidos en ambas experiencias no fueron los que se esperaban
debido a la preparación del los fluidos y a la magnitud del campo magnético
utilizado.
En el fluido 1 no logramos una máxima dispersión de las partículas de toner en el
aceite, resultando entonces un ferrofluido muy inestable, esto sumado a que el
imán utilizado no proveía un campo magnético adecuado para la experiencia
resultó en que el fluido no respondió como debería haberlo hecho.
En el segundo caso logramos un fluido más estable, es decir, las partículas de
magnetita producidas estaban mejor dispersas debido al tratamiento químico
utilizado. Esto produjo que los resultados obtenidos sean mejores que para el caso
anterior, aunque no fueron óptimos debido a que la magnitud del campo
magnético utilizado no fue suficientemente fuerte.