Introducción
Se llama fluido magnetorreológico a aquel que experimenta cambios en sus propiedades reológicas (es decir, las relacionadas con la deformación y el flujo) y especialmente su viscosidad, cuando se somete a un campo magnético. Como se explica más abajo, es sencillo fabricar un fluido magnetorreológico dispersando en aceite limaduras de hierro de muy pequeño tamaño.
Si estas limaduras fuesen de tamaño nanoscópico entonces al producto resultante se le llamaría mejor ferrofluido. Los ferrofluidos surgieron en los años 60 al plantearse la necesidad de utilizar un combustible para naves espaciales que pudiera ser atraído hacia la cámara de combustión no por la inexistente gravedad, sino mediante un campo magnético. Lógicamente, para conseguirlo, el combustible tenía que tener propiedades magnéticas. Así se inventaron los fluidos ferromagnéticos o ferrofluidos[1].
Un ferrofluido es un líquido coloidal en el que están suspendidas partículas ferromagnéticas (o ferrimagnéticas) de tamaño nanométrico. El líquido puede ser un disolvente orgánico o agua. Las partículas son normalmente de óxidos de hierro, como la magnetita o la hematites. Tienen que ser tan pequeñas (unos 10 nm) para que la agitación térmica las distribuya uniformemente dentro del fluido portador. Además, para evitar que se aglomeren y formen grumos, estas nanopartículas deben recubrirse con un compuesto tensioactivo como ácido oleico, hidróxido de tetrametilamonio, ácido cítrico o lecitina de soja.
Los ferrofluidos generalmente no retienen la magnetización en ausencia de un campo aplicado externamente. No obstante, existen también ferrofluidos magnético permanentes que conservan su magnetismo cuando se elimina el campo magnético externo.
Al someter un fluido paramagnético a un campo magnético vertical de suficiente intensidad, la superficie espontáneamente forma un patrón corrugado muy regular de picos y valles, como el que se aprecia en la imagen de cabecera. Este fenómeno, que se puede conseguir incluso con un pequeño imán siempre que el ferrofluido tenga una susceptibilidad magnética elevada, se denomina efecto Rosensweig o de inestabilidad bajo campo normal. Las formaciones se explican porque minimizan la energía total del sistema. El campo magnético se concentra en los picos; dicho de otro modo, los picos siguen las líneas del campo magnético que crea el imán. Al mismo tiempo, la gravedad y la tensión superficial actúan. La corrugación observada es un efecto del equilibrio de estas fuerzas.
Los ferrofluidos tienen muchas aplicaciones, como altavoces, sistemas de enfriamiento, reducción de la fricción de imanes, tintas de impresoras, pinturas absorbentes de radar, sistemas de control de nivel para vehículos espaciales, amortiguadores de coches e incluso en medicina, como agentes de contraste en resonancia magnética.
El experimento
No es difícil crear un fluido magnetorreológico casero que emule las características de los ferrofluidos verdaderos. Si se quiere que sus características sean lo más parecidas posible a un ferrofluido podría emplearse algún tipo de aceite mineral (como algunos aceites lubricantes) y partículas magnéticas que sean lo suficientemente pequeñas como tóner de impresoras láser, polvo de ferritas o el polvo que se obtiene al raspar la superficie de una cinta de video.
Pero como estos materiales son tóxicos, se puede optar por obtener un buen fluido magnetorreológico mezclando “masilla pensadora” (silly putty)[2] o algún tipo de plastilina blanda con magnetita en polvo, o bien aceite vegetal y limaduras de hierro. Un imán potente (de aleación de neodimio) atraerá a la masilla como se muestra en la imagen. Se pueden hacer divertimentos de este tipo, como poner el imán cerca de la masilla y ver cómo esta se lo “traga”.
Una forma algo más elaborada de fabricar un ferrofluido es como se explica a continuación. Se necesita lana de acero (como la que se ve en la imagen), aceite de oliva y una media de nailon u otro tipo de tamiz que permita pasar solo partículas muy pequeñas (podría valer un colador de cocina de orificios muy pequeños).
En primer lugar, se quema la lana de acero. Para ello, se coloca (cortada en trozos, si se desea) en un recipiente cerámico que resista altas temperaturas y se le prende fuego con un encendedor. El calor favorecerá la reacción de oxidación del hierro, que a su vez producirá más calor por ser exotérmica:
2Fe + 3O2 → Fe2O3
Hay que tener en cuenta que, aunque un trozo sólido de acero no arde, sí lo hace en forma de “lana” porque la superficie de exposición al oxígeno es mucho mayor y además el calor generado al empezar la combustión se disipará fácilmente hacia otras zonas del material, calentándolo.
Una vez que se ha quemado completamente la lana de acero hay que rallarla para obtener limaduras de óxido de hierro. Eso se puede conseguir simplemente con un colador de cocina, como se ve en la imagen sobre estas líneas a la derecha. Finalmente se añade a las limaduras un poco de aceite de oliva y se remueve[3].
Si el material que se obtiene se pone en una superficie de vidrio (o en un recipiente) y bajo ella se mueve un imán se podrán observar curiosas formas. Ahora bien, estas no serán tan espectaculares como las que adopta un verdadero ferrofluido bajo la influencia de un campo magnético (un ejemplo se ve en la cabecera de este documento). En cualquier caso, los efectos mejorarán con la potencia del imán y el menor tamaño de las partículas magnéticas.
Mejoras y alternativas
Para que el material magnetorreológico obtenido tenga las propiedades más parecidas posible a un ferrofluido deberíamos quedarnos solo con las limaduras de hierro más finas. Estas se pueden obtener echando todas en un vaso cuya boca se tapa con una media de licra, que servirá de tamiz. El vaso se invierte y se agita para que pasen las limaduras a través de los orificios del tejido. Así se conseguirían partículas de un tamaño del orden de 0,1 mm[4].
No obstante, si se desea obtener un ferrofluido con más propiedades de tal se puede mezclar tóner de impresora (que contiene partículas muy finas de óxido de hierro) con aceite vegetal[5]. Con él se pueden conseguir resultados como el de la imagen.
Una alternativa interesante para enriquecer el experimento es conectar los terminales de una batería de 9 V a dos puntos de la masa de lana de acero. Su resistencia provocará que se caliente mucho, lo que ejercerá el mismo efecto que el del encendedor: calentar el hierro para favorecer su oxidación.
Un experimento secundario que se puede hacer es esparcir las limaduras de hierro secas (es decir, antes de mezclarlas con el aceite) sobre un vidrio o papel y colocar debajo el imán de neodimio para comprobar cómo el campo magnético ordena las limaduras de forma especial siguiendo la dirección de las líneas magnéticas.
Otro experimento interesante sería mezclar en un vaso un volumen de limaduras de hierro por cada dos volúmenes de aceite. El fluido formado tiene una viscosidad similar a la del aceite, pero si acercamos imanes como se esquematiza en la imagen de la izquierda se comprobará que el fluido se “endurece”, lo que puede comprobarse removiéndolo con un lápiz. Es una forma de comprobar que el campo magnético cambia las propiedades reológicas de este fluido[6].
Seguridad
Deberían usarse guantes. Si el imán de neodimio es muy potente hay que tener cuidado al manipularlo.
Utilidad didáctica
Este experimento sirve para ilustrar conceptos de física, tecnología y química como:
- Reacción de oxidación del hierro
- Reacciones exotérmicas
- Efecto Joule
- Viscosidad
- Limaduras de hierro
- Imanes, magnetismo
- Imán de aleación de neodimio
- Ferrofluidos
- Fluido magnetorreológico
- Líneas del campo magnético
- Nanotecnología
- Combustibles espaciales
- Coloides
- Tensioactivos
- Tensión superficial
- Tamices
- Aceites minerales y vegetales
- Masilla pensadora
[1] J. M. Gavira. Ferrofluidos – TRIPLENLACE
[2] Cómo hacer en casa el “flúber” del “profesor chiflado” – Química insólita (wordpress.com)
[3] Lethal Crysis. Como hacer ferrofluido casero – YouTube
[4] Classesamida. FERROFLUIDO CASERO y FERROFLUIDO – YouTube
[5] Household Hacker. How to make Magnetic Fluid (ferro fluid) – YouTube
[6] J. Calvente et al. Taller de Física -Mecánica. Fluido magnetorreológico (madrimasd.org).
Este experimento pertenece al libro:
José M.ª Gavira Vallejo: Experimentos de Ciencia de Materiales. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/ecm/ .
