Ferrofluidi_loro_applicazioni 2

SCHEDA PER LA PREPARAZIONE DEI FERROFLUIDI
Preparazione di un ferrofluido
Nel corso di questa esperienza si sintetizzeranno delle particelle di magnetite (Fe 3O4) con dimensioni
di miliardesimi di metro (nanometro) sospese in acqua. Le nanoparticelle di rnagnetite, pur
mantenendo il magnetismo della magnetite con dimensione macroscopica, sono prive di isteresi. Cio’
significa che il comportamento magnetico è osservabile esclusivamente applicando un campo
magnetico dall’esterno. Al contrario, in assenza di campi magnetici, la soluzione di nanoparticelle di
magnetite si comporta come un normale liquido. Un liquido con questa proprietà viene definito
ferrofluido.
La caratteristica del ferro fluido è quella di disporsi secondo le linee del campo magnetico applicato
esternamente, secondo un criterio di minimizzazione dell’energia. L’effetto finale è quello di formare
delle strutture con morfologia variabile a seconda dell’intensità, della forma e della posizione del
magnete usato per applicare il campo magnetico. A tal fine si utilizzeranno magneti di diverso tipo ed
intensità per mostrare questo fenomeno. La morfologia assunta dal ferrofluido fornisce inoltre
indicazioni sulla forma delle linee di campo del magnete. Il campo magnetico esterno può essere
utilizzato anche per movimentare il ferrofiuido da un punto all’altro senza nessun contatto diretto.
Attualmente, questo tipo di nanoparticelle è molto studiato per la cura e la diagnosi di numerose
malattie: ad es. le nanoparticelle magnetiche possono fungere da agenti di contrasto per la risonanza
magnetica nucleare o possono fungere da agenti per il riscaldamento localizzato dei tessuti tramite
l’applicazione di campi magnetici esterni alternati a radiofrequenza. Il primo tipo di applicazione è di
tipo diagnostico, il secondo è di tipo terapeutico, per cui tali nanoparticelle vengono definite agenti
teragnostici. Inoltre, tali particelle possono essere modificate in superficie, attaccandovi strutture o
gruppi funzionali che ne consentono l’accumulo selettivo in particolari parti dell’organismo, in
particolare i tessuti tumorali. La disciplina che studia l’utilizzo dei nanornateriali in medicina si
chiama nano medicina.
Sintesi di un ferrofluido acquoso (Procedura modificata da J. Chem. Educ., 76, 943-948.
1999).
I ferrofluidi sono sospensioni colloidali di nanoparticelle magnetiche. I ferrofluidi rispondono ad un
campo magnetico esterno in modo che la posizione della soluzione può essere controllata attraverso
l'applicazione di un campo magnetico. Particelle di Magnetite Fe304 possono essere prodotte
mescolando Fe(II) e Fe(III) insieme in una soluzione basica. Le particelle devono rimanere piccole e
separate tra loro, al fine di rimanere sospese nel liquido. Questo liquido scuro deve essere
successivamente eliminato, spostando il forte magnete lungo tutto il fondo della vaschetta e versando
di nuovo l’eventuale liquido rimanente. Se il ferrofluido non forma punte, continuare a spostare il
forte magnete sul fondo della vaschetta e rimuovere il liquido rimanente.
Osservare cosa accade quando si sposta un magnete sotto il ferro fluido: se si utilizza un magnete
molto forte, si potrebbero ottenere risultati più interessanti variando la distanza del magnete sotto la
vaschetta.
Materiali occorrenti
( per 50 preparazioni)
HCl 2M (21 mL HCI concentrato in 250 ml di acqua) per fare le soluzioni di ferro.
2 moli di FeCl2(H20)4 in HCl 2 M (Ogni studente ha bisogno di 1 ml).
Procedere sciogliendo 19,9 g di cloruro ferroso in 50 ml di HCl 2 M. Verifica il colore del solido
durante la pesata. Questo rnateriale si dissolve prontamente, ma la soluzione reagisce con ossigeno e
deve essere preparata al momento.
1 mole di FeCl3(H20)6 in HCl 2 M (Ogni studente ha bisogno di 4 ml).
Sciogliere 54,1 g di cloruro ferrico in 200 ml di HCl 2 M. Questo materiale si dissolve lentamente, è
utile sonicare.
NH3 1M in acqua. ( Ogni studente ha bisogno di 50 ml).
Si può preparare diluendo almeno 200 ml di idrossido di ammonio concentrato con acqua fino a un
volume di 3,0 L. (Si potrebbe utilizzare l’ammoniaca per uso domestico ma la sua concentrazione è
variabile ed una prima stima sarebbe di 1,0 L di ammoniaca per uso domestico diluita a 3,0 L. I
contenitori di ammoniaca aperti emettono un cattivo odore e la concentrazione di NH3 diminuisce, il che
porta a scarsi risultati).
Idrossido di tetrametilammonio al 25% in acqua (disponibile in commercio da Aldrich, Fisher,
ecc.) Un forte odore di pesce (di ammna) indica la formazione di prodotti di idrolisi che possono
interferire con la sintesi. In questo caso l'aggiunta di 1-2 ml supplementari può aiutare.
Attrezzatura
Per misurare le soluzioni di ferro andranno bene pipette, o una buretta di erogazione per ogni
soluzione di ferro. Serviranno anche bicchieri da 100 o 150 ml
Una buretta o un imbuto separatore o un contagocce per aggiungere lentamente la soluzione di
ammoniaca.
Agitatori magnetici e ancoretta (o agitazione vigorosa con una bacchetta di vetro)
Pinze
Vaschette da pesata di plastica
Spruzzette
Bacchette di vetro
Molti guanti monouso
Magneti forti
Magneti a ferro di cavallo
Procedura
Attenzione: i ferrofluidi possono sporcare in modo permanente qualsiasi oggetto macchiandolo di
nero: indossare occhiali protettivi, guanti e camice.‘
Controllare che le soluzioni di ferro siano buone, dato che il Fe(II) reagisce lentamente con 02 per
diventare Fe(III), verificando i colori delle soluzioni di 1
mole di FeCl3 in HCl 2M (arancione) e di 2 moli FeCl2 in
HCl 2M (verde).
Aggiungere 4,0 ml di soluzione 1M di FcCl3 e 1,0 ml di
soluzione 2M di FeCl2 in un bicchiere da 100. o 150 ml.
Aggiungi un’ancoretta per agitatori magnetici e comincia
a mescolare, cercando di evitare il contatto con l’aria.
Continuare a mescolare durante l’aggiunta di 50 ml di
soluzione acquosa 1,0 M di NH3 entro un periodo di 5
minuti, aggiungendo circa 1 ml ogni 10 secondi. Evitare
inoltre che l’aggiunta sia più veloce di quanto l’agitatore
riesca a mescolare la soluzione, ma evitare anche che
l’aggiunta sia così lenta da far sì che le particelle crescano
con grandi dimensioni.
ATTENZIONE: Anche se la soluzione di NH3 1M è
piuttosto diluita, è una base forte.
Spegnere l’agitatore e utilizzare rapidamente un forte magnete per spostare l’ancoretta sulle pareti del
becher, al fine di staccare il prodotto dall’ancoretta. Rimuovere l’ancoretta con pinzette o con i
guanti, prima che tocchi il magnete.
Lasciate che la magnetite si depositi. È possibile velocizzare il processo di deposizione mettendo una
calamita sotto il contenitore.
Decantare ed eliminare il liquido chiaro cercando di perdere la minore quantità di solido possibile.
Questo riesce meglio se si mantiene un magnete sotto il contenitore.
Trasferire il solido in una vaschetta da pesata
(o in una provetta con tappo) con l’aiuto di
qualche goccia d’acqua e di una spruzzetta.
Utilizzare un potente magnete per attrarre il
ferrofluido sul fondo della vaschetta.
Versare via la maggior quantità di liquido
chiaro possibile, sempre mantenendo il
magnete sotto la vaschetta. Sciacquare con
l'acqua di una spruzzetta e decantare il solido
come fatto prima. Aggiungere 1-2 ml di
soluzione acquosa di tetrametilammonio
idrossido al 25%. Mescolare delicatamente
con una bacchetta di vetro per almeno un minuto per sospendere il solido nel liquido.
I tensioattivi sono usati per prevénire che le nanoparticelle si avvicinino troppo l’ una all’altra.
Utilizzare un forte magnete per attrarre il ferrofluido sul
fondo della vaschetta.
Una volta preparati, i ferrofluidi hanno la proprietà
accattivante di esibire “punte” quando sono immersi in un
forte campo magnetico.
SCIENZA DEI MATERIALI - FERROFLUIDI
SCHEDA A CURA DELLA PROF. DA CORTA’, LICEO SC. E.FERMI PIEVE DI CADORE