Universidad Tecnológica de San Juan del Río
Domínguez Hernández Ángel Adrián Jiménez Uribe Eva Laura Montúfar Reséndiz Camila Ramírez Camacho María Guadalupe Pichardo Jiménez Rocío Sánchez Romero Edgar Cuarto Cuatrimestre QI03SM-13 Resistencia de Materiales M. C. A. Jesús Antonio Mascareño López
San Juan del Río, Qro., a 15 de octubre de 2014.
INTRODUCCIÓN: El fenómeno de magnetismo en materiales juega un papel importante en nuestra vida diaria. Los sólidos inorgánicos que exhiben otros efectos magnéticos, diferentes al diamagnetismo, el cual es una propiedad de todas las sustancias, se caracterizan por tener electrones desapareados los cuales se encuentran en el catión metálico. El comportamiento magnético esta así restringido principalmente para los compuestos de los metales de transición y lantánidos, muchos de los cuales tienen electrones d y f desapareados, respectivamente. Óxidos magnéticos, especialmente ferritas como Mg Fe 2O4, son materiales modernos hoy en día, con usos en núcleos de transformadores, graficas magnéticos y en aparatos de almacenamiento de información. Hay 2 tipos generales de magnetismo en materiales. El primero de estos es una clase llamada magnetismo inducido. En esta clase el material es magnetizado únicamente cuando hay un campo magnético aplicado. Diamagnetismo y paramagnetismo son 2 formas de magnetismo inducido. La según clase general del fenómeno magnético se refiere como magnetismo espontaneo. Este se refiere a la habilidad de un material para ser magnetizado y a retener su estado magnético igualmente en la ausencia de un campo magnético aplicado.
OBJETIVO: La preparación de dos óxidos metálicos, tetraóxido de trihierro Fe 3O4 (magnetita) y ferrita de zinc ZnFeO4, que presenta diferentes características magnéticas.
MATERIALES:
4 Matraces Erlenmeyer 250mL 3 Vasos de precipitado 50 mL y 10 mL 1 Espátula grande 1 Espátula de acero inoxidable pequeña 1 Parrilla 1 Termómetro de 100 ºC Pipeta graduada de 100 mL 2 Barras magnéticas 2 Matraz Kitazato de 500 mL
1 Embudo de vidrio poroso de poro fino 1 Embudo buchner 1 Soporte universal 1 Pinza de tres dedos con nuez 1 Probeta de 50 mL 1 Pipeta de 10 mL con pro pipeta 2 Vidrios de reloj 1 Crisol de 25 ml c/ tapa 1 Pinzas para crisol Papel filtro poro pequeño Tiras de pH
REACTIVOS: PARA LA PREPARACIÓN DE MAGNETITA Sulfato ferroso heptahidratado FeSO4.7H2O Nitrato de potasio KNO3 o Nitrato de sodio NaNO3 Hidróxido de potasio KOH Cloruro de bario BACl2 Ácido clorhídrico acuoso HCl Agua destilada PARA LA PREPARACIÓN DE FERRITA DE ZINC
Sulfato ferroso heptahidratado FeSO4-7H2O Sulfato de zinc heptahidratado ZnSO4.7H2O Ácido sulfúrico H2SO4 Oxalato de amonio monohidratado (NH4)2C2O4.H2O Cloruro de bario BaCl Agua destilada
PROCEDIMIENTO PARA LA PREPARACIÓN DE LA MAGNETITA
Procedimiento para obtención de magnetita.
la
En un matraz Erlenmeyer disuelva 9.267g de sulfato ferroso en 70 mL de agua.
En otro matraz Erlenmeyer disuelva en 35 mL de agua, 0.280 g de nitrato de potasio y 4.250 g de hidróxido de potasio.
Caliente cada una de las soluciones hasta la temperatura de 75 °C y mézclelas con agitación vigorosa cuando alcancen esta temperatura.
Se forma un precipitado verde gelatinoso. Después caliente la mezcla de reaccion entre 90 y 100 °C por 10 min.
Permita que la mazcla enfríe a temperatura ambiente y acidifíquela con ácido clorhídrico acuoso.
Añadiendo gota a gota con agitación y midiendo regularmente el pH de la mezcla.
El precipitado que se formó se separa de la solución por filtración con un embudo de separación de vidrio poroso, de poro pequeño.
Quite el filtrado del matraz kitazato y guárdelo en un frasco etiquetado para no tirarlo al drenaje.
Lave el sólido mientras filtra, con agua destilada hasta que ya no se observe la presencia de sulfato en las aguas de lavado.
La prueba para el sulfato se hace con una solución al 1 molar de cloururo de bario añadiendo unos mL las aguas de lavado.
Ponga el sólido en un vidrio de reloj y séquelo a 110 °C en una estufa durante 2 horas.
PROCEDIMIENTO PARA PREPARAR FERRITA DE ZINC
Disuelva en 35 mL de agua 2.40 g de sulfato de zinc, 4.633 g de sulfato ferroso y una gota de ácido sulfúrico.
El oxalato de amonio 3.66 g disuélvalo en 50 mL de agua caliente después caliente las soluciones hasta temparatura de 75 °C y mientras se agita vigorosamente añada la solución de oxalato a la solución de sulfatos metálicos.
Agite la mezcla mientras mantiene la temperatura entre 90 °C y 95 °C por 5 min.
Separe el precipitado amarillo filtrando la solución a través de un embudo buchner con papel filtro de poro pequeño.
Lave el sólido amarillo con agua hasta que ya no se observe la presencia de sulfatos.
Determina la presencia de estos en las aguas de lavado con solución de cloruro de bario. Deje que pase el aire a través del sólido haciendo succión por unos minutos.
Después póngalo en un vidrio de reloj y séquelo por varias horas a 110 °C en una estufa.
Cuando la mezcla de oxalatos esté seca transfiera en un crisol, tape el crisol y póngalo en una mufla de 600 °C a 800 °C. Caliente durante 3 horas a esta temperatura y después permita que la mufla enfríe a temperatura ambiente.
OBSERVACIONES: FOTOS
CUESTIONARIO: 1) ESCRIBA LAS REACCIONES QUE OCURREN EN LA PREPARACIÓN DE LA MAGNETITA Y LA FERRITA DE ZINC. Obtención de magnetita FeSO4 + H20 ------------ FeOH + H2SO4 4Fe + 4H2O → FE3O4 + 4H2 Obtención de ferrita H2O + ZnSO4 + FeSO4 + H2SO4 ----------- Zn(NO3)2 + Fe(NO3)3 + H2OQQQ ZnO + Fe2O3-----------ZnFe2O4
2) ¿POR QUÉ USA CLORURO DE BARIO PARA DETERMINAR LA PRESENCIA DE SULFATOS EN LAS AGUAS DE LAVADO Y NO OTRA SAL COMO POR EJEMPLO KCl? Porque actúa como un agente precipitante, lo que permite distinguir la presencia de sulfatos, cuando se precipitan en el fondo, si se utiliza KCL, no es posible la precipitación. 3) ¿QUÉ COMPUESTO ES EL SÓLIDO AMARILLO QUE SE FORMA EN LA PRECIPITACIÓN DE LA FERRITA? El Oxalato de hierro III por la acción de sustitución del sulfato que se agrega como reactivo para lograr el fenómeno de ferromagnetismo. 4) ¿QUE REACCIÓN OCURRE DURANTE EL CALENTAMIENTO DE 600 A 800 ºC DEL SÓLIDO AMARILLO? Se produce entonces una oxidación de la ferrita de cinc por desprendimiento de sulfatos que ocasiona la oxidación de el sulfato a oxido. 5) ¿CUÁLES SON LAS CARACTERÍSTICAS MAGNETICAS DE CADA ÓXIDO? Magnetita: Todo campo magnético es consecuencia de un flujo de electrones en la magnetita su fuerte magnetismo se debe a un fenómeno de ferromagnetismo: los momentos magnéticos de los distintos cationes de hierro del sistema se encuentran fuertemente acoplados, por
interacciones anti ferromagnéticas, pero de forma que en cada celda unidad resulta un momento magnético no compensado. La suma de estos momentos magnéticos no compensados, fuertemente acoplados entre sí, es la responsable de que la magnetita sea un imán. Ferrita de zinc: Las ferritas tienen una alta permeabilidad magnética, lo cual les permite almacenar campos magnéticos con más fuerza que el hierro. Las ferritas se producen a menudo en forma de polvo, con el cual se pueden producir piezas de gran resistencia y dureza, previamente moldeadas por presión y luego calentadas, sin llegar a la temperatura de fusión, dentro de un proceso conocido como sinterización. Mediante este procedimiento se fabrican núcleos para transformadores, inductores/bobinas y otros elementos eléctricos o electrónicos.
