Kā izgatavot šķidros magnētus

virtualphoto / Getty Images

Šķidrais magnēts jeb ferofluīds ir koloidāls magnēts maisījums magnētisko daļiņu (diametrs ~ 10 nm) šķidrā nesējā. Ja nav ārēja magnētiskā lauka, šķidrums nav magnētisks un magnetīta daļiņu orientācija ir nejauša. Tomēr, ja tiek pielietots ārējs magnētiskais lauks, daļiņu magnētiskie momenti sakrīt ar magnētiskā lauka līnijām. Kad magnētiskais lauks tiek noņemts, daļiņas atgriežas nejaušā izkārtojumā.

Šīs īpašības var izmantot, lai izveidotu šķidrumu, kas maina blīvumu atkarībā no magnētiskā lauka stipruma un var veidot fantastiskas formas.

Ferofluīda šķidrais nesējs satur a virsmaktīvā viela lai daļiņas nesaliptu kopā. Ferrošķidrumus var suspendēt ūdenī vai organiskā šķidrumā. Tipisks ferofluīds satur apmēram 5% magnētisko cietvielu, 10% virsmaktīvās vielas un 85% nesēja pēc tilpuma. Viens no ferofluīda veidiem, ko varat izmantot, izmanto magnetītu magnētiskajām daļiņām, oleīnskābi kā virsmaktīvo vielu un petroleju kā nesējšķidrumu daļiņu suspendēšanai.

Ferofluīdus var atrast augstākās klases skaļruņos un dažu CD un DVD atskaņotāju lāzergalvās. Tos izmanto zemas berzes blīvēs rotējošo vārpstu motoriem un datoru disku piedziņas blīvēm. Jūs varētu atvērt datora diskdzini vai skaļruni, lai piekļūtu šķidruma magnētam, taču ir diezgan viegli (un jautri) izveidot savu ferofluīdu.

Lūk, kā to izdarīt:

01 no 05

Drošības apsvērumi

Fuse / Getty Images

' id='mntl-sc-block-image_2-0-1' />

Fuse / Getty Images

Šajā procedūrā tiek izmantotas viegli uzliesmojošas vielas un rodas siltums un toksiski izgarojumi. Valkātdrošības brillesun ādas aizsardzībai, strādājiet labi vēdināmā vietā un iepazīstieties ar savu ķīmisko vielu drošības datiem. Ferrofluīds var notraipīt ādu un apģērbu. Glabājiet to bērniem un mājdzīvniekiem nepieejamā vietā. Ja jums ir aizdomas par norīšanu, sazinieties ar vietējo saindēšanās kontroles centru. Pastāv dzelzs saindēšanās risks; nesējs ir petroleja.

02 no 05

Materiāli

jopstock / Getty Images

' id='mntl-sc-block-image_2-0-4' />

jopstock / Getty Images

Šeit ir nepieciešamie materiāli:

• Sadzīves amonjaks
• Oleīnskābe (atrodama dažās aptiekās un amatniecības un veselīgas pārtikas veikalos)
• PCB kodinātājs (dzelzs hlorīda šķīdums), pieejams elektronikas veikalos. Varat pagatavot dzelzs hlorīda vai dzelzs hlorīda šķīdumu vai izmantot magnetīta vai magnētiskā hematīta pulveri, ja jums ir kāds no šiem minerāliem. (Magnētiskais hematīts ir lēts minerāls, ko izmanto juvelierizstrādājumos.)
• Tērauda vate
• Destilēts ūdens
• Magnēts
• Petroleja
• Siltuma avots
• 2 vārglāzes vai mērglāzes
• Plastmasas šļirce vai zāļu krūze (kaut kas līdz 10 ml)
• Filtrpapīri vai kafijas filtri

Lai gan ir iespējams aizstāt oleīnskābi un petroleju, ķīmisko vielu izmaiņas dažādos apmēros izraisīs ferofluīda īpašību izmaiņas. Varat izmēģināt citas virsmaktīvās vielas un citus organiskos šķīdinātājus; tomēr virsmaktīvā vielai jābūt šķīdinātājā šķīstošai.

03 no 05

Magnetīta sintezēšana

Jekaterina Lutokhina / Getty Images

' id='mntl-sc-block-image_2-0-9' />

Jekaterina Lutokhina / Getty Images

Magnētiskās daļiņas šajā ferofluidā sastāv no magnetīta. Ja jūs nesākat ar magnetītu, tad pirmais solis ir to sagatavot. To panāk, samazinot dzelzs hlorīdu (FeCl₃) PCB kodinātā līdz dzelzs hlorīdam (FeCl_divi). Pēc tam dzelzs hlorīds tiek reaģēts, veidojot magnetītu. Komerciālais PCB kodinātājs parasti ir 1,5 M dzelzs hlorīds, lai iegūtu 5 gramus magnetīta. Ja izmantojat dzelzs hlorīda izejas šķīdumu, izpildiet procedūru, izmantojot 1,5 M šķīdumu.

1. Stikla glāzē ielej 10 ml PCB kodinātāja un 10 ml destilēta ūdens.
2. Šķīdumam pievieno tērauda vates gabalu. Sajauciet šķidrumu, līdz iegūstat krāsas maiņu. Šķīdumam vajadzētu kļūt spilgti zaļam (zaļš ir FeCl_divi).
3. Filtrējiet šķidrumu caur filtrpapīru vai kafijas filtru. Saglabājiet šķidrumu; izmetiet filtru.
4. No šķīduma nogulsnējiet magnetītu. Pievienojiet 20 ml PCB kodinātāja (FeCl₃) uz zaļo šķīdumu (FeCl_divi). Ja izmantojat dzelzs un dzelzs hlorīda izejas šķīdumus, ņemiet vērā FeCl₃un FeCl_divireaģē proporcijā 2:1.
5. Iemaisa 150 ml amonjaka. Magnetīts, Fe₃O₄, izkritīs no šķīduma. Šis ir produkts, kuru vēlaties savākt.

04 no 05

Magnetīta piekarināšana nesējā

Westend61 / Getty Images

' id='mntl-sc-block-image_2-0-13' />

Westend61 / Getty Images

Magnētiskās daļiņas jāpārklāj ar virsmaktīvo vielu, lai magnetizētas tās nesaliptu kopā. Pārklātās daļiņas tiks suspendētas nesējā, tāpēc magnētiskais šķīdums plūst kā šķidrums. Tā kā jūs strādājat ar amonjaku un petroleju, sagatavojiet turētāju labi vēdināmā vietā, ārā vai zem tvaiku pārsega. Veiciet tālāk norādītās darbības.

1. Uzkarsē magnetīta šķīdumu līdz vārīšanās temperatūrai.
2. Iemaisa 5 ml oleīnskābes. Uzturiet siltumu, līdz amonjaks iztvaiko (apmēram stundu).
3. Noņemiet maisījumu no uguns un ļaujiet tai atdzist. Oleīnskābe reaģē ar amonjaku, veidojot amonija oleātu. Siltums ļauj oleāta jonam iekļūt šķīdumā, savukārt amonjaks izplūst kā gāze (tāpēc ir nepieciešama ventilācija). Kad oleāta jons saistās ar magnetīta daļiņu, tas tiek pārveidots par oleīnskābi.
4. Pārklātajai magnetīta suspensijai pievieno 100 ml petrolejas. Samaisiet suspensiju, līdz lielākā daļa melnās krāsas ir pārnesta petroleju. Magnetīts un oleīnskābe nešķīst ūdenī, savukārt oleīnskābe šķīst petrolejā. Pārklātās daļiņas atstās ūdens šķīdumu par labu petrolejai. Ja veicat petrolejas aizstāšanu, šķīdinātājam jābūt tādai pašai īpašībai: spējai izšķīdināt oleīnskābi, bet ne bez pārklājuma magnetītu.
5. Dekantēt un saglabājiet petrolejas slāni. Izmetiet ūdeni. Magnetīts plus oleīnskābe un petroleja ir ferošķidrums.

05 no 05

Lietas, ko darīt ar ferofluīdu

LYagovy / Getty Images

' id='mntl-sc-block-image_2-0-17' />

LYagovy / Getty Images

Ferrošķidrumu ļoti spēcīgi pievelk magnēti, tāpēc saglabājiet barjeru starp šķidrumu un magnētu (piemēram, stikla loksni). Izvairieties no šķidruma izšļakstīšanas. Gan petroleja, gan dzelzs ir toksiski, tāpēc nenoriet ferošķidrumu un nepieļaujiet saskari ar ādu — nemaisiet to ar pirkstu un nespēlējieties ar to.

Šeit ir dažas idejas darbībām, kas saistītas ar jūsu šķidro magnētu ferofluīdu:

• Izmantojiet spēcīgu magnētu, lai uzpeldinātu santīmu virs ferofluīda.
• Izmantojiet magnētus, lai vilktu ferošķidrumu augšup pa konteinera malām.
• Novietojiet magnētu tuvu ferofluīdam, lai redzētu, kā veidojas tapas, kas seko magnētiskā lauka līnijām.

Izpētiet formas, kuras varat veidot, izmantojot magnētu un ferofluīdu. Glabājiet savu šķidro magnētu prom no karstuma un liesmas. Ja jums kādreiz ir jāatbrīvojas no dzelzs šķidruma, atbrīvojieties no tā tāpat kā no petrolejas.