Preinforme N°8 Síntesis de ferrofluidos
Enviado por Angie Ortiz • 3 de Septiembre de 2020 • Ensayos • 2.330 Palabras (10 Páginas) • 234 Visitas
Preinforme N°8
Síntesis de ferrofluidos
Ortiz-Zambrano, A.
*Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Programa de Química, Facultad de ciencias, Av. Central del norte 39-115, Tunja, Colombia.
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- Introducción
Un fluido magnético o ferrofluido, está compuesto de partículas ferromagnéticas o ferrimagnéticas ultra finas (nanopartículas) suspendidas en un líquido portador, el cual presentan una respuesta al aplicar un campo magnético externo. El líquido portador puede ser polar o no polar, usualmente es un solvente orgánico o agua. Las partículas tienen un diámetro promedio de 10nm y están cubiertas por un surfactante para evitar su aglomeración, como por ejemplo ácido oleico, hidróxido de tetrametilamonio, dodecil sulfato de sodio (SDS) etc., el cual debe tener compatibilidad con el líquido portador. Las partículas se comportan como un solo dominio magnético y es por esto que se pueden tratar como pequeños imanes térmicamente agitados en el líquido portador. [1]
En los últimos años estos materiales han incrementado sus aplicaciones tecnológicas. Los ferrofluidos se diferencian de los fluidos magnetoreologicos en que estos están formados por partículas de tamaño micrométrico dispersas en aceite, y al ser sometidos a la acción de un campo magnético externo, pueden variar sus propiedades de flujo (reológicas), al cambiar su comportamiento de un líquido normal (Newtoniano) de baja viscosidad a un fluido con una viscosidad elevada comportándose como un sólido. [1]
Mientras que los ferrofluidos conservan su fluidez al ser sometidos a un campo magnético externo hasta un orden de 10kG. El gran interés en los ferrofluidos reside principalmente en que estos poseen propiedades de líquidos (fluido base) y sólidos (nanopartículas magnéticas). Simultáneamente, es por esto que se dice que un ferrofluido es un sistema de dos fases, debido a que en él coexisten una fase liquida y una fase solida según sea el estímulo externo al que será sometido. [1]
Estas sustancias al estar en contacto con un campo magnético están sujetas a lo que se conoce como “Inestabilidad bajo campo normal” que es un cambio espontaneo y regular formando una configuración hexagonal de agujas en el cual el líquido tiene un comportamiento de solido al disminuir el efecto de la gravedad gracias al campo magnético. [1]
Los ferrofluidos son líquidos que reaccionan en presencia de un campo magnético, de manera más simple se puede decir que se imanta, es exactamente lo mismo que pasa cuando se acerca un clavo a un imán, solo que estos no poseen ferromagnetismo, es decir que no poseen la capacidad de mantener la fuerza magnética una vez retirado el imán. [1]
Además, se puede decir que es un líquido que, en todo su conjunto, responde y se polariza a campos magnéticos a pesar de no ser homogéneo como el agua o el aceite. En realidad, los ferrofluidos son coloides generalmente suspendidos en solventes orgánicos, lo cual les permiten reaccionar a campos magnéticos. [1]
Para que un fluido pueda tener estas propiedades, es totalmente necesario que presenten una composición de macropartículas ferromagnéticas, es decir partículas que en su composición presenten Fe 2+ o Fe 3+ y posean un tamaño del orden de 10 nanómetros; esto para que, al efectuarse la agitación térmica, las partículas le confieran al fluido la respuesta magnética en el medio. [1]
Los ferrofluidos están regidos básicamente por dos fuerzas, las fuerzas magnéticas y las fuerzas de repulsión y de atracción de van der Waals, cuando sometemos a esos fluidos a un campo magnético las nanopartículas ferromagnéticas se alinean con las líneas de fuerza del campo, generando un corrugado regular en todo el fluido. [1]
Los materiales ferromagnéticos son elementos de transición, con una configuración en sus átomos que favorece la interacción entre los dipolos magnéticos, los cuales se alinean paralelamente dentro de zonas que se llaman dominios. Como estos dominios se orientan aleatoriamente, no se genera imanación neta en el material. [1]
El presente pre-informe tiene como propósito explicar de una forma más detallada los aspectos fundamentales de la síntesis de ferrofluidos.
- Diagramas de flujo
A continuación, se presenta el diagrama de flujo que hace alusión cada una de las etapas del proceso experimental.
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Figura 1: Síntesis de ferrofluidos.
- Preguntas prelaboratorio
- Consulte el significado de los siguientes términos: Paramagnético, Diamagnético, Antiferromagnético, Ferromagnético.
Paramagnetismo: El paramagnetismo es la tendencia de los momentos magnéticos libres (espín u orbitales) a alinearse paralelamente a un campo magnético. Si estos momentos magnéticos están fuertemente acoplados entre sí, el fenómeno será ferromagnetismo o ferrimagnetismo. Cuando no existe ningún campo magnético externo, estos momentos magnéticos están orientados al azar. En presencia de un campo magnético externo tienden a alinearse paralelamente al campo, pero esta alineación está contrarrestada por la tendencia que tienen los momentos a orientarse aleatoriamente debido al movimiento térmico. [2]
Este alineamiento de los dipolos magnéticos atómicos con un campo externo tiende a fortalecerlo. Esto se describe por una permeabilidad magnética superior a la unidad, o, lo que es lo mismo, una susceptibilidad magnética positiva y muy pequeña. [2]
En el paramagnetismo puro, el campo actúa de forma independiente sobre cada momento magnético, y no hay interacción entre ellos. En los materiales ferromagnéticos, este comportamiento también puede observarse, pero sólo por encima de su temperatura de Curie. [2]
Los materiales paramagnéticos sufren el mismo tipo de atracción y repulsión que los imanes normales, cuando están sujetos a un campo magnético. Sin embargo, al retirar el campo magnético, la entropía destruye el alineamiento magnético, que ya no está favorecido energéticamente. [2]
Algunos materiales paramagnéticos son: aire, aluminio, magnesio, titanio y wolframio.A campos magnéticos bajos, los materiales paramagnéticos exhiben una magnetización en la misma dirección del campo externo, y cuya magnitud se describe por la ley de Curie:
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