Sintesi Fe3O4

[Matteo985]

Ciao a tutti! Sono nuovo di questo forum.
Premetto che non ho competenze chimiche specifiche e quindi vorrete scusarmi se non sarò precisissimo.

Comunque ecco qua la mia prova di sintesi della magnetite con l'obbiettivo di ottenere particelle il più piccolo possibili, impresa forse ardua dato l'utilizzo di strumentazione in parte autocostruita. Tuttavia per adesso il tutto sembra funzionare abbastanza egregiamente.

Per la sintesi utilizzo:
100 ml fecl2 + 100 ml fecl3 + 130 ml ammoniaca 30% + 1000 ml acqua distillata.
Purtroppo non conosco la molarità del cloruro ferrico e ferroso visto che parto da un prodotto commerciale dove non è specificata, però so che sono in rapporto 2 a 1 come deve essere.

Tutti i reagenti sono stati raffreddati ad una temperatura prossima allo zero. In un becker da 2 litri unisco 100 ml fecl2, 100 ml fecl3 e 500 ml di acqua.
In un gocciolatore metto 130 ml di ammoniaca e 500 ml di acqua
Inizio lentamente il gocciolamento dell'ammoniaca diluita nella soluzione che è mischiata da uno stirrer non magnetico tenuto a velocità abbastanza bassa. Temperatura della soluzione a 5,3°;
Dopo 15 minuti la temperatura è salita di 13° e dopo 30 minuti era di 15 ° a causa del calore dell'ambiente esterno.
Dopo 40 minuti la soluzione di colore marrone opaco si inspessisce rimanendo comunque fluida, temperatura 15,8°.
Fine gocciolatura dell'ammoniaca dopo 55 minuti, temp 16,5°
La soluzione si presenta di colore nero. Aggiunti altri 5 ml di ammoniaca per testare se c'è ancora reattività: negativo.
Immergo un asta di vetro nella soluzione e lascio l'impronta su uno scottex: traccia nera/verde che vira all'arancio dopo pochi minuti e questo mi lascia presagire che la reazione non è conclusa anche a causa del fatto che in questa fase la soluzione non presenta alcuna magneticità.
Qundi inizio il riscaldamento su piastra. Fine cottura dopo 45 minuti temp soluzione 98,5°. Dopo qualche ora il liquido si divide in due fasi. La polvere nera sul fondo adesso è molto reattiva alla calamita. Cercando di risciaquare la magnetite con la calamita posta sotto il becker noto che una parte sembra essere gelatinosa, di colore nero e reattiva al magnete mentre l'altra sembra normale magnetite, se lascio l'impronta sullo scottex resta nera intensa e non cambia più colore.

Osservazioni: ho operato con i reagenti per quanto possibile freddi e con lo stirrer al minimo, cercando di mantenere una soluzione al limite della densità. Tutto questo dovrebbe favorire la nucleazione dei cristalli di magnetite ed ostacolarne l'accrescimento.

Credo il prossimo week-end replico la sintesi con qualche accortezza in più, magari questa volta posto anche delle foto.

Secondo voi stò operando nel modo corretto? Avete consigli?

[quimico]

Per favore le formule scrivile come è giusto siano scritte... È chimica
Gli elementi si indicano con la lettera maiuscola quindi si parla di FeCl₂, FeCl₃...
Se metti delle temperature devi anche indicare se erano espresse in Celsius, Kelvin... Nel tuo caso °C...
Foto?

[Matteo985]

Ok grazie per le precisazioni.
Questa e' una sintesi che avevo fatto un mesetto fa senza scattare foto. Se riesco gia' domani la replico e questa volta faccio anche delle foto se vi interessano le posto insieme al nuovo resoconto..

[Matteo985]

OK ecco qui le foto della sintesi di oggi!
La procedura seguita è analoga a quella riporta qui sopra

In un becker metto acqua distillata, cloruro ferrico, cloruro ferroso e qualche cubetto di ghiaccio per tenere la temperatura abbastanza bassa, poi inizo a gocciolare una soluzione di ammoniaca.


Dopo 15 minuti la soluzione è diventata marrone e più densa.


Dopo 40 minuti la soluzione è nera e fluida.


Dopo 50 minuti l'ammoniaca è stata completamente aggiunta. La soluzione non presenta alcuna magneticità e l'impronta che lascia su un foglio di carta assorbente vira dal nero/verde all'arancio in pochi minuti.




Porto la soluzione fino a 100° C, lascio raffreddare e risciaquo più volte il prodotto della sintesi.



Ho ottenuto un buon quantitativo di magnetite. Bisogna fare attenzione quando si risciaqua perchè maneggiando il magnete di neodimio si rischia di rompere il becker a causa della forte attrazione. (Ho usato quello di vetro solo per fare le foto).



Vorrei sapere se sono riuscito a sintetizzare delle nanoparticelle ma non saprei proprio come fare con i miei mezzi.. Ho provato a filtrare la soluzione con un filtro di carta e le particelle vengono trattenute questo mi fa pensare che forse abbiano un diametro grande, voi che dite?

[GabriChan]

Complimenti bel lavoro

Credo che per avere una granatura più piccola si possa provare ad agitare la soluzione quando la riscaldi, perché è in quel momento che si formano i cristalli.
Correggetemi se ho detto una cavolata.
Ciao.

[Matteo985]

Dopo aver fatto riposare la soluzione per un giorno la magnetite si è depositata completamente ed è stata ricoperta da una patina di particelle arancio. In effetti il dubbio che la sisntesi fosse "sporca" mi era già venuto vedendo che restava leggermente torbida (si nota nell'ultima foto).
Credo che che questo sia accaduto a causa di uno sbilanciamente nei reagenti con eccesso di cloruro ferrico che reagendo con l'ammoniaca si è trasformato in ossido ferrico. Questo sembrerebbe confermato anche dal fatto che la polvere arancio presenta una leggera magneticità.

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Complimenti bel lavoro

Credo che per avere una granatura più piccola si possa provare ad agitare la soluzione quando la riscaldi, perché è in quel momento che si formano i cristalli.
Correggetemi se ho detto una cavolata.
Ciao.

Grazie per la risposta gabrichan, non ho usato lo stirrer perchè avevo letto da qualche parte che forte agitazione e calore favoriscono l'accrescimento dei cristalli mentre una alta densità della soluzione lo scoraggia. Qualcuno di voi puo' confermare/smentire?

Forse dovrei rendere più densa la soluzione prima di riscaldarla ma non posso usare meno acqua sin dall'inizio perchè durante la sintesi, quando la soluzione è di color marrone diviene già molto spessa.
La prossima volta proverò a farne evaporare una parte con un riscaldamento molto basso e lungo prima di portarla ad ebollizione, questo però d'altro canto potrebbe lasciare molto più tempo alla crescita dei cristalli

[Beefcotto87]

Un lavoro inizialmente raffazzonato devo dire, ma piano piano vedo che migliori, bravo!

[Chemgaze]

Wow, bel lavoro!
Mi sono interessato anche io molto a questo ti po di sintesi, che però, purtroppo, conosco solo a livello teorico. Ti descrivo comunque un metodo di sintesi che conosco, anche se è difficilmente riproducibile "a casa":
1-in un contenitore poni 10mL di una soluzione 1M di FeCl3 (scusate non riesco a mettere il pedice) e 2,5mL di una soluzione 2M di FeCl2.
2-si scalda a 70 °C sotto agitazione e dopodiché si aggiungono lentamente 21mL di una soluzione acquosa di N(CH3)4OH al 25%.
3-si lascia sotto vigorosa agitazione per 20 minuti circa, la soluzione passa da arancione a nera.
4-si pone il tutto in autoclave scaldando fino a 250 °C e poi si lascia raffreddare fino a temperatura ambiente.
5-si rimuove il precipitato con un magnete e si lava diverse volte con acqua deionizzata.
Si ottengono nanoparticelle di Fe3O4 che sono poi state ampiamente caratterizzate (se vuoi posso darti i dati relativi a dimensioni e magnetizzazione).
Da questa procedura puoi vedere che l'agitazione è continua. Penso che ciò sia dovuto al fatto che più il nucleo rimane fermo nell'ambiente di reazione, maggior quantità di materiale ha la possibilità di depositarsi sulla superficie e quindi le dimensioni aumentano!
Seconda cosa, qui si dice che durante tutto l'esperimento si fa passare argon nella soluzione. Questo è necessario perché le nanoparticelle di magnetite sono "rognose" nel senso che il Fe2+ si ossida facilmente. Quindi sei sicuro che le tue particelle siano effettivamente di magnetite e non di maghemite o ematite?
Comunque sono particelle estremamente interessanti, conosci ad esempio l'applicazione dell'hyperthermia?

[Matteo985]

Un lavoro inizialmente raffazzonato devo dire, ma piano piano vedo che migliori, bravo!

Grazie beefcotto, apprezzo molto il tuo commento perchè sei stato uno dei primi ad incoraggiarmi e ha riconoscere la mia buona volontà. Cerco di fare del mio meglio, con umiltà e doveroso rispetto per la materia, sono qui per imparare e condividere il mio modesto lavoro.

Wow, bel lavoro!
Mi sono interessato anche io molto a questo ti po di sintesi, che però, purtroppo, conosco solo a livello teorico. Ti descrivo comunque un metodo di sintesi che conosco, anche se è difficilmente riproducibile "a casa":
1-in un contenitore poni 10mL di una soluzione 1M di FeCl3 (scusate non riesco a mettere il pedice) e 2,5mL di una soluzione 2M di FeCl2.
2-si scalda a 70 °C sotto agitazione e dopodiché si aggiungono lentamente 21mL di una soluzione acquosa di N(CH3)4OH al 25%.
3-si lascia sotto vigorosa agitazione per 20 minuti circa, la soluzione passa da arancione a nera.
4-si pone il tutto in autoclave scaldando fino a 250 °C e poi si lascia raffreddare fino a temperatura ambiente.
5-si rimuove il precipitato con un magnete e si lava diverse volte con acqua deionizzata.
Si ottengono nanoparticelle di Fe3O4 che sono poi state ampiamente caratterizzate (se vuoi posso darti i dati relativi a dimensioni e magnetizzazione).
Da questa procedura puoi vedere che l'agitazione è continua. Penso che ciò sia dovuto al fatto che più il nucleo rimane fermo nell'ambiente di reazione, maggior quantità di materiale ha la possibilità di depositarsi sulla superficie e quindi le dimensioni aumentano!
Seconda cosa, qui si dice che durante tutto l'esperimento si fa passare argon nella soluzione. Questo è necessario perché le nanoparticelle di magnetite sono "rognose" nel senso che il Fe2+ si ossida facilmente. Quindi sei sicuro che le tue particelle siano effettivamente di magnetite e non di maghemite o ematite?
Comunque sono particelle estremamente interessanti, conosci ad esempio l'applicazione dell'hyperthermia?

Grazie chemgaze per il tuo intervento. Purtroppo come mi anticipavi, questa procedura è molto interessante ma anche molto lontana dalle mie possibilità. Sia per mancanza di reagenti che di strumentazione.
Al posto dell'ammoniaca si usa N(CH3)4OH al 25%... si tratta forse di trimetilammina?? Conosco il tetrametilammonio ma non credo sia utile in questo caso. Ho personalmente riscontrato la facile ossidazione dell' Fe2+ e le difficoltà della sua conservazione. Ora mi metti il dubbio e non so come stabilire con certezza se il prodotto ottenuto sia magnetite oppure maghemite o ematite. Io escluderei la seconda e terza ipotesi anche perchè cerco di utilizzare Fe2+ sintetizzato da poco ma forse voi potete suggerirmi qualche metodo che mi permetta di fugare qualsiasi dubbio..

A questo punto vorrei giustamente tranquillizzare i più maliziosi: vagando per il web infatti si incontrano sovente "ricette" a base di magnetite (che per altro è estremamente comune e reperibile) e polvere di alluminio. Se non è già abbastanza ovvio vorrei ribadire che non sono affatto interessato a questo. Tant'è vero che la magnetite mi interessa solo in forma di nanoparticelle sospese in soluzione acquosa perchè ho riscontrato che se solo provo a farla asciugare si aggrega in modo irreversibile in inutile polvere grossolana.

Dopo aver scandagliato il web in lungo e in largo per circa due anni sono giunto alla conclusione certa che un semplice procedimento analogo a quello che vi ho descritto (anche se probabilmente ottimizzato con ulteriori accorgimenti che ancora ignoriamo) da come risultato nanoparticelle di magnetite delle dimensioni di circa 10 nanometri. Quindi non è impossibile e nemmeno troppo complicato in linea teorica.

La sintesi della magnetite è solo il primo step verso il secondo e più impegnativo passo. Quello che ancora mi manca per concludere la prima fase è un metodo per stabilire se effettivamente sia magnetite (ma su questo sono già abbastanza sicuro) e soppratutto un modo rudimentale per misurare la dimensione delle particelle senza ricorrere a cose tipo la diffrazione a raggi X. Non mi interessa il nanometro più nanometro meno ma solo sapere se sono nanoparticelle o polvere grossolana.

Grazie per il vs aiuto.

[marco the chemistry]

Non so se hai mai visto questo link : http://myttex.net/forum/Thread-Ferroflui...errofluido

Comunque l'ematite non viene attratta dalla calamita, l'altra non so. Però sia magnetite, che ematite che maghemite sono nomi di minerali.Tu li hai sintetizzati in laboratorio e dato che non ti chiami Terra e non hai vulcani e placche tettoniche, ti consiglio di chiamarli ossido ferrico (ematite e maghemite), ferrito ferroso (magnetite). N(CH3)4OH è il tetrametilammonio idrossido, serve a solvatare le particelle per preparare un ferrofluido