مشاهده تغییر خواص مواد در مقیاس نانو
سيالات مغناطيسی يا 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 اين 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 تهيه اين محلول ضروری است که ذرات، اندازه کوچک خود را حفظ کرده و به يکديگر نپيوندند تا مخلوط به صورت سوسپانسیون باقی بماند. برای این منظور از دسته ديگری از مواد به نام سورفکتانت استفاده می‌شود که مانع نزدیک شدن بیش از اندازه‌ی ذرات به یکدیگر می‌گردند. زمانی که يک سيال مغناطيسی در مجاورت یک مغناطیس قوی قرار می‌گیرد، تصویری زيبا از ذرات سوزنی به نمایش گذاشته می‌شود.
1- اسید کلریدریک 2 مولار
سيالات مغناطيسی يا 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 اين 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 تهيه اين محلول ضروری است که ذرات، اندازه کوچک خود را حفظ کرده و به يکديگر نپيوندند تا مخلوط به صورت سوسپانسیون باقی بماند. برای این منظور از دسته ديگری از مواد به نام سورفکتانت استفاده می‌شود که مانع نزدیک شدن بیش از اندازه‌ی ذرات به یکدیگر می‌گردند. زمانی که يک سيال مغناطيسی در مجاورت یک مغناطیس قوی قرار می‌گیرد، تصویری زيبا از ذرات سوزنی به نمایش گذاشته می‌شود.
مواد و تجهيزات مورد نیاز
روش تهيه: 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 تهيه: 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 آزمايش به یک میلی لیتر از این محلول احتیاج دارد.
3- محلول 1 مولار FeCl3(H2O)6 در اسید کلریدریک 2 مولار
روش تهيه: 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 آزمايش به 4 میلی لیتر از این محلول احتیاج دارد.
4- محلول آمونیاک 1 مولار در آب
روش تهيه: 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 نتيجه آزمایش تاثير دارد.
5- محلول 25 درصدی تترا متیل آمونیوم هیدروکسید در آب
روش تهيه: اين محلول به صورت تجاری دردسترس است، اما در معرض هیدرولیز شدن است. بوی زننده‌ی و ماهی مانند آمین، حاکی از هیدرولیز شدن محلول است. اين امر می‌تواند در نتیجه‌ی سنتز تاثیر نامطلوب داشته باشد. در اين صورت 1 تا 2 ميلی‌ليتر بيشتر از محلول استفاده کنيد.
تجهیزات
1- بشر 100 و 200 میلی لیتری
2- ظرف پلاستیکی توزین
3- دستکش یک بار مصرف
4- مگنت _ آهن‌ربا
5- همزن مغناطيسی
6- آب فشان
7- پيپت
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: سيالات مغناطيسی 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 تهيه شده می‌توان اين آزمايش را 50 بار تکرار کرد.
شرح آزمايش
1-پيش از اينکه آزمايش را آغاز کنيد، به رنگ محلول آهن (II) توجه کنيد زيرا به آرامی با اکسيژن واکنش داده و تبديل به آهن (III) می‌شود. رنگ محلول‌های آهن (II) (سمت راست) و آهن (III) (سمت چپ) در شکل نشان داده شده است.
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 مغناطيسی (Stirrer) قرار دهيد تا محلول هم بخورد.
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 يا دستتان بگیرید (طی انجام آزمایش از دستکش استفاده کنید).
5- اجازه بدهید ذرات مغناطیسی ته نشین شوند. برای اين منظور می‌توانيد 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 اين منظور بهتر است آهن‌ربا را در زیر بشر نگه داريد.
7- جامدات تهیه شده را به ظرف توزین منتقل کنید. برای انتقال بهتر ذرات می‌توانيد با کمک يک آب‌فشان بخش‌های داخلی بشر را بشوريد.
8- برای نگه داشتن مایع مغناطیسی (فروفلوید) در ته ظرف توزین، از يک 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 مغناطيسی 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 مغناطيسی به حرکت در می آورید، چه اتفاقی رخ می‌دهد؟ اگر شما از يک آهن‌ربای بسيار قوی استفاده کنيد، می‌توانيد نتايج جالبی از تغيير فاصله آهن‌ربا با ظرف مشاهده کنيد.
آخرین ویرایش:
