Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm
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12 Ferrofluide im Schulunterricht • Pipette bzw. Bürette • Schutzbrillen • Kittel bzw. alte Kleidung • Einweg-Schutzhandschuhe Sonstige Utensilien: • Waage (max. Fehler ±0, 01 g) • Citronensäure bzw. beliebige andere Säure zum Neutralisieren der abdekantierten Lösungen • pH-Indikatorpapier Zur Vorbereitung sollte vom Lehrer unter einem Abzug die Salzsäure mit 35 ml und das Ammoniumhydroxid mit 170 ml Wasser verdünnt werden, da die Schüler nicht mit den hochkonzentrierten Stoffen arbeiten sollten. Zur Durchführung sollen die Schüler zuerst die Salze abwiegen. Anschließend wird das Eisen(II)chlorid in 10 ml und das Eisen(III)chlorid in 25 ml der verdünnten Salzsäure in getrennten Bechergläsern gelöst. Dies erfolgt jeweils mit Hilfe des Magnetrührers. Sollte kein Magnetrührer für jede Schülergruppe vorhanden sein, so kann man auch mit einem Glasstab rühren. Anschließend werden die beiden gelösten Salze zusammengemischt und unter Rühren wird langsam tropfenweise die verdünnte Ammoniumhydroxid-Lösung hin- zugegeben. Wichtig hierbei ist, dass die Zugabe langsam erfolgt, denn sonst bilden sich zu große Magnetitpartikel. Die Lösung wird nach und nach immer dunkler, bis sie pech- schwarz ist. Sollte die Lösung nach Zugabe der veranschlagten Ammoniumhydroxidmenge noch nicht diese Farbe erreicht haben, so ist sukzessive weiter langsam verdünntes Ammo- niumhydroxid zuzugeben. Nun lässt man die Suspension stehen, so dass sich die Magne- titteilchen absetzen. Dieser Prozess kann mit Hilfe eines Magneten am unteren Rand des Becherglases beschleunigt werden. Die klare Lösung wird nun in ein anderes Becherglas ab- dekantiert. Hierbei fixiert der Magnet am Boden des auszugießenden Glases das Magnetit. Der übriggebliebene schwarze Schlamm wird nun zwei weitere Male mit etwa 200 ml Was- ser aufgeschwämmt und nach einiger Wartezeit wieder abdekantiert. Der nun gewaschene und wieder abdekantierte Niederschlag wird hierauf in eine Plastikschale o.ä. gegossen. Der Teil, der im Becherglas zurückbleibt, wird mit ein wenig Wasser aufgeschwämmt und ebenfalls in die Schale gegossen, wobei es wichtig ist, dass das komplette Magnetit aus 136
12.2 Mögliche Schulversuche dem Becherglas entfernt wird. Anschließend wird die schwarze Masse aus der Plastikschale erneut abdekantiert, dieses Mal aber auch ein Teil des schwarzen Niederschlags, bis nur noch eine zähe Paste übrigbleibt. Dies kann unter Umständen eine sehr geringe Menge sein. Dieser Paste gibt man dann ein paar Tropfen Tetramethylammonium Hydroxid hinzu und rührt das Gemisch zwei Minuten mit einem Glasstab. Die Menge der zugegebenen Base wird solange erhöht, bis das Fluid eine Viskosität von zähflüssigem Öl hat. Hält man nun einen Magneten an den Boden des Bechers und variiert dessen Abstand, so kann man die gewünschten Rosensweig-Instabilitäten beobachten. Das Ferrofluid lässt sich beispielsweise mit n-Decan in einem Reagenzglas konservieren. Zum Entsorgen der abdekantierten Flüssigkeiten sind diese mit einer beliebigen Säure (beispielsweise Citronensäure) zu neutralisieren. 12.2.2 Das Adventure Science Kit von Ferrotec Neben der Möglichkeit, ein Ferrofluid selbst herzustellen, kann man beispielsweise bei der Firma Ferrotec Europe 1 ein Demoset für die Schule zu einem Preis von 89, 25 e käuf- lich erwerben. Das Set beinhaltet eine Flasche mit 50 ml Ferrofluid, ein Glasröhrchen mit Ferrofluid und klarer Flüssigkeit, zwei Permanentmagnete, eine Spritze, Pipetten, Schäl- chen aus Aluminium, ein Paar Latexhandschuhe, einen magnetischen Buchstaben sowie Sicherheitsdatenblätter. Versuche mit diesem Kit befinden sich im mitgelieferten englisch- sprachigen Handbuch oder in Kapitel 12.3 ab Seite 138. Abb. 12.1: Das Science Adventure Kit der Firma Ferrotec [Fer] 1 Ferrotec GmbH | Seerosenstraße 1 | 72669 Unterensingen | Tel.: +49 7022 9270 0 | Fax: +49 7022 9270 10 | E-Mail: info@de.ferrotec.com 137
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12.2 Mögliche Schulversuche<br />
dem Becherglas entfernt wird. Anschließend wird die schwarze Masse aus <strong>der</strong> Plastikschale<br />
erneut abdekantiert, dieses Mal aber auch e<strong>in</strong> Teil des schwarzen Nie<strong>der</strong>schlags, bis nur<br />
noch e<strong>in</strong>e zähe Paste übrigbleibt. Dies kann unter Umständen e<strong>in</strong>e sehr ger<strong>in</strong>ge Menge se<strong>in</strong>.<br />
Dieser Paste gibt man dann e<strong>in</strong> paar Tropfen Tetramethylammonium Hydroxid h<strong>in</strong>zu und<br />
rührt das Gemisch zwei M<strong>in</strong>uten mit e<strong>in</strong>em Glasstab. Die Menge <strong>der</strong> zugegebenen Base<br />
wird solange erhöht, bis das Fluid e<strong>in</strong>e Viskosität von zähflüssigem Öl hat. Hält man nun<br />
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gewünschten Rosensweig-Instabilitäten beobachten. Das Ferrofluid lässt sich beispielsweise<br />
mit n-Decan <strong>in</strong> e<strong>in</strong>em Reagenzglas konservieren.<br />
Zum Entsorgen <strong>der</strong> abdekantierten Flüssigkeiten s<strong>in</strong>d diese mit e<strong>in</strong>er beliebigen Säure<br />
(beispielsweise Citronensäure) zu neutralisieren.<br />
12.2.2 Das Adventure Science Kit von Ferrotec<br />
Neben <strong>der</strong> Möglichkeit, e<strong>in</strong> Ferrofluid selbst herzustellen, kann man beispielsweise bei <strong>der</strong><br />
Firma Ferrotec Europe 1 e<strong>in</strong> Demoset für die <strong>Schule</strong> zu e<strong>in</strong>em Preis von 89, 25 e käuf-<br />
lich erwerben. Das Set be<strong>in</strong>haltet e<strong>in</strong>e Flasche mit 50 ml Ferrofluid, e<strong>in</strong> Glasröhrchen mit<br />
Ferrofluid und klarer Flüssigkeit, zwei Permanentmagnete, e<strong>in</strong>e Spritze, Pipetten, Schäl-<br />
chen aus Alum<strong>in</strong>ium, e<strong>in</strong> Paar Latexhandschuhe, e<strong>in</strong>en magnetischen Buchstaben sowie<br />
Sicherheitsdatenblätter. Versuche mit diesem Kit bef<strong>in</strong>den sich im mitgelieferten englisch-<br />
sprachigen Handbuch o<strong>der</strong> <strong>in</strong> Kapitel 12.3 ab Seite 138.<br />
Abb. 12.1: Das Science Adventure Kit <strong>der</strong> Firma Ferrotec [Fer]<br />
1 Ferrotec GmbH | Seerosenstraße 1 | 72669 Unterens<strong>in</strong>gen | Tel.: +49 7022 9270 0 |<br />
Fax: +49 7022 9270 10 | E-Mail: <strong>in</strong>fo@de.ferrotec.com<br />
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