Ferrofluide. Experimentieranleitung für Schüler/-innen. September Stephan Knébel, Marianne Dietiker, Christoph Meili.

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September 2014 Stephan Knébel, Marianne Dietiker, Christoph Meili Modulsponsor:

1 Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen Ferrofluide Experimentieranleitung für Schüler/-innen September 2014 Stephan Knébel, Marianne Dietiker, Christoph Meili Modulsponsor: Dieses Modul wurde mit freundlicher Unterstützung der Metrohm Stiftung Herisau realisiert.

Anleitung zur Herstellung eines Ferrofluids

2 M Salzsäure/2 M FeCl 2 (2 M HCl) Lösung 2: 1 M Eisen(III)-chlorid

Ammoniak-Lösung in Wasser/1M NH 3 (H 2 O) Lösung 4: 25%ige

destilliertes Wasser Abbildung 1: (links) Lösung 1, (rechts) Lösung 2.

Rührfisch-Entfernen 4 graduierte Plastik-Pasteurpipetten (ca.

2 Anleitung zur Herstellung eines Ferrofluids Chemikalien/Substanzen/Lösungen Lösung 1: 2 M Eisen(II)-chlorid Lösung in 2 M Salzsäure/2 M FeCl 2 (2 M HCl) Lösung 2: 1 M Eisen(III)-chlorid Lösung in 2 M Salzsäure/1 M FeCl 3 (2 M HCl) Lösung 3: 1 M Ammoniak-Lösung in Wasser/1M NH 3 (H 2 O) Lösung 4: 25%ige Tetramethylammonium Hydroxid-Lösung in Wasser/(CH 3 ) 4 N(OH) (H 2 O) destilliertes Wasser Abbildung 1: (links) Lösung 1, (rechts) Lösung 2. (Bilder: Swiss Nano-Cube). Sicherheitshinweis: Vorsicht ätzend! Schutzbrille, Handschuhe, Labormantel! Benötigte Materialien pro Zweierteam 1 Magnetrührer mit Rührfisch und ein Rührfisch-Entfernen 4 graduierte Plastik-Pasteurpipetten (ca. 5 ml) 1 Stabpipette (10 ml) 2 Bechergläser (100 ml) 1 Abfallbehälter (ca. 0.5 l) 1 Wäge-Schale 1 starker Magnet/Haftkraft 3-4 kg 1 Stoppuhr Swiss Nano-Cube/September /5

Versuchsdurchführung und Musterresultate Tabelle 1: Übersichtstabelle Lösung Lösung 1 Lösung 2 Lösung 3 Lösung 4 Menge pro Experiment 1 ml 4 ml 50 ml 1 ml 1 2 3 4 Schritt 1: Eisenchlorid Lösungen

4 ml Lösung 2 mit einer sauberen 10 ml Stabpipette zur Lösung 1 im 100 ml Becherglas hinzu pipettieren. 1 3. Einen Rührfisch ins Becherglas legen. 4.

3 Versuchsdurchführung und Musterresultate Tabelle 1: Übersichtstabelle Lösung Lösung 1 Lösung 2 Lösung 3 Lösung 4 Menge pro Experiment 1 ml 4 ml 50 ml 1 ml Schritt 1: Eisenchlorid Lösungen mischen Wichtig: Genau arbeiten! 1. 1 ml Lösung 1 mit einer sauberen 10 ml Stabpipette in ein 100 ml Becherglas pipettieren ml Lösung 2 mit einer sauberen 10 ml Stabpipette zur Lösung 1 im 100 ml Becherglas hinzu pipettieren Einen Rührfisch ins Becherglas legen. 4. Das Becherglas auf einen Magnetrührer stellen und bei angemessener Geschwindigkeit rühren. 2 Schritt 2: Ammoniak zugeben, Magnetit ausfällen Wichtig: Besonders zu Beginn muss die Lösung 3 unbedingt tropfenweise zugegeben werden. 1. Während 5 min (Stoppuhr benutzen) 50 ml Lösung 3 mit einer Plastik Pasteurpipette tropfenweise hinzu pipettieren Gegen Ende der 5 min darf die Lösung 3 auch rascher hinzu pipettiert werden. Die 5 min sollten unbedingt eingehalten werden. Dabei kann beobachtet werden, wie die schwarzen Magnetit-Nanopartikel ausfällen. Swiss Nano-Cube/September /5

3. Nachdem die gesamten 50 ml Lösung 3 zugegeben wurden, den Magnetrührer

Entferner (eingepackt in eine Plastikhülle) entfernen.

Den Rührfisch und den Rührfisch-Entferner auf ein Papier- Taschentuch legen

Das Becherglas auf einem starken Magneten platzieren und solange warten,

Becherglases abgesetzt haben. Der Überstand sollte nahezu klar sein.. 2.

Wasser füllen und die Magnetit-Teilchen darin aufschwämmen.

Magnetit-Teilchen mit dem Magneten zurückgehalten werden, desto eher

werden. Schritt 4: Ferrofluid in der Wäge-Schale 1.

4 3. Nachdem die gesamten 50 ml Lösung 3 zugegeben wurden, den Magnetrührer ausschalten und den Rührfisch so schnell wie möglich mit dem Rührfisch- Entferner (eingepackt in eine Plastikhülle) entfernen. Dabei unbedingt Handschuhe tragen. Den Rührfisch und den Rührfisch-Entferner auf ein Papier- Taschentuch legen und später säubern. Schritt 3: Magnetit-Teilchen waschen 1. Das Becherglas auf einem starken Magneten platzieren und solange warten, bis sich die entstandenen Magnetit-Teilchen (schwarz) am Boden des Becherglases abgesetzt haben. Der Überstand sollte nahezu klar sein.. 2. Ohne den Magneten zu entfernen, den klaren Überstand in ein Abfallbehältnis entleeren (abdekantieren). 3. Danach das Becherglas zu einem Drittel mit dest. Wasser füllen und die Magnetit-Teilchen darin aufschwämmen. Dabei ist es wichtig, dass schnell gearbeitet wird, denn je länger die Magnetit-Teilchen mit dem Magneten zurückgehalten werden, desto eher verklumpen sie und können nachher nur noch mühsam in Wasser aufgeschwemmt werden. Schritt 4: Ferrofluid in der Wäge-Schale 1. Die schwarze Flüssigkeit in eine Wäge-Schale abfüllen und diese auf den Magneten stellen. 2. Abwarten, bis sich die Magnetit-Teilchen am Grund der Wäge-Schale abgesetzt haben. 3. Den klaren Überstand in ein Abfallbehältnis entleeren. Swiss Nano-Cube/September /5

Schritt 5: Ferrofluid stabilisieren Sicherheitshinweis: Vorsicht giftig! 4 1. Mit einer Plastik-Pasteurpipette ca.

Anschliessend lässt sich das Ferrofluid mit dem Magneten entlang der magnetischen Feldlinien ausrichten. Dazu soll der Magnet ca.

2). Erwartete Resultate Abbildung 2: Igelstrukturen im Ferrofluid (Bilder: Swiss Nano-Cube).

5 Schritt 5: Ferrofluid stabilisieren Sicherheitshinweis: Vorsicht giftig! 4 1. Mit einer Plastik-Pasteurpipette ca. 1 ml Lösung 4 dazu pipettieren. 2. Den Magneten unter der Wäge-Schale 2 min im Kreis drehen und Lösung 4 mit den Magnetit-Teilchen vermischen. 3. Anschliessend lässt sich das Ferrofluid mit dem Magneten entlang der magnetischen Feldlinien ausrichten. Dazu soll der Magnet ca. 5 mm unterhalb der Wäge-Schale gehalten werden und dabei leicht hin und her bewegt werden. Es lassen sich igelartige Strukturen beobachten (Abb. 2). Erwartete Resultate Abbildung 2: Igelstrukturen im Ferrofluid (Bilder: Swiss Nano-Cube). Entsorgung der Lösungen und Chemikalien Alle Lösungen, Chemikalien sowie die hergestellten Ferrofluide werden von der Lehrperson eingesammelt. Auf gar keinen Fall im Ausguss entsorgen! Swiss Nano-Cube/September /5

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