Magnetismo líquido
Una sustancia con extraordinarias propiedades nos permite contemplar el hipnótico trazo de las invisibles líneas de campo magnético. Nos referimos a los ferrofluidos, difíciles de crear, pero presentes en muchos de los aparatos que nos rodean.
Nuestro objetivo del mes es ver las líneas de campo magnético que salen de un imán de neodimio. Lo habitual para llevar a cabo este experimento es dispersar virutas de hierro sobre un papel y apreciar cómo se orientan al poner un imán férrico bajo la hoja. Gracias a los ferrofluidos veremos la trazada de las líneas de campo, pero en tres dimensiones, de forma muy espectacular.
Los ferrofluidos provienen de la carrera espacial
El científico de la NASA Steve Papell desarrolló los ferrofluidos a principios de los años 60, en el contexto de sus investigaciones para producir un combustible líquido cuyos flujos se pudieran controlar en los cohetes en gravedad cero. Se trata de líquidos que se polarizan en presencia de un campo magnético, y hoy tienen múltiples aplicaciones en nuestra vida cotidiana. Los discos duros de los ordenadores se protegen cubriéndolos con ferrofluidos, que se usan también en los altavoces de gran potencia o en la suspensión de algunos vehículos.
El concepto de los ferrofluidos es simple. Son coloides, es decir, mezclas de dos o más fases –compuestos física y químicamente homogéneos– donde las partículas de una o más sustancias se suspenden en otra llamada medio dispersor. El coloide por excelencia es aquel en el que la fase continua es un líquido y la fase dispersa consiste en partículas sólidas. En nuestro caso, las partículas sólidas son nanopartículas ferromagnéticas –normalmente magnetita de un tamaño aproximado de diez nanómetros– dispersas en un líquido que puede ser agua u otra sustancia orgánica. Las partículas de hierro son tan pequeñas que no precipitan por agitación térmica.
Los líquidos magnéticos nos convierten en artistas
Para que las partículas magnéticas no se apelotonen, a la mezcla se le añade ácido oleico a modo de surfactante, una sustancia que reduce la tensión superficial de un líquido. Este recubre las nanopartículas ferromagnéticas para evitar su aglomeración incluso en presencia de un fuerte campo magnético. Es la repulsión entre la cubierta tensoactiva de cada una de las nanopartículas férricas la responsable de que el ferrofluido siga las líneas de campo al acercarse a un imán, y sin aglomerarse.
Manipulando el fluido con cuidado conseguimos preciosas formas y ver las líneas de campo magnético en tres dimensiones, como si fueran delicadas flores líquidas.