martedì 25 settembre 2012

Elettricità, esperimenti - L'anodizzazione del Titanio -



Nel corso di questa settimana abbiamo deciso di dedicare alcuni esperimenti all'elettricità; il tentativo è quello di "vedere" l'elettricità sotto diversi punti di vista, questa volta lo scopo è di verificare come l'elettricità entri a far parte di un processo elettro chimico chiamato anodizzazione.









L'anodizzazione del titanio.
«Anodizzazione» che parolona, eh? Beh, in realtà fino a poco tempo fa neppure io sapevo cosa volesse dire, poi, come al solito casualmente, ho incontrato Mariapia, una mamma che si occupa dello studio dei metalli e in particolare di un metallo molto interessante:il titanio.
Il titanio è un metallo molto leggero e resistente che viene usato , ad esempio, in aeronautica(per costruire gli aerei), ma anche in gioielleria(per creare anelli ed orecchini) o ancora nello sport(ci si fabbricano mazze da golf oppure le maschere da scherma). Il titanio ha una strana(e bella, a mio avviso) caratteristica:se viene anodizzato assume delle colorazioni bellissime, e queste colorazioni della superficie del metallo dipendono da quanta corrente elettrica si usa durante il processo di anodizzazione. Qui sotto potete vedere uno schema di colorazione, che varia a seconda dell'intensità della corrente elettrica usata.




La scala da 0 a 150 indica i volt di corrente continua utilizzata, sopra la scala sono rappresentati i colori che si ottengono con quella intensità di corrente.

Ma cos'è l'anodizzazione?
In pratica vuol dire far «arrugginire» il titanio, ma mentre la ruggine è solo del ferro e si crea quando il ferro stesso è a contatto con l'aria, per far «arrugginire» il titanio bisogna usare una tecnica particolare(e anche abbastanza pericolosa).

Cosa ci serve per l'esperimento.
- Una lastrina di titanio abbastanza sottile(grazie Mariapia!)
- Un paio di forbici da elettricista(per tagliare la lastrina)
- Carta vetrata sottile(per smussare i bordi dei pezzi tagliati)
- Un caricabatteria per auto con protezione incorporata(non il booster, mi
  raccomando che serve per far partire un'auto con la batteria scarica) .
- Una base in legno(legno di recupero)
- Il coperchio di un tower per CD o un oggetto simile
- Colla a caldo
- Un bicchiere di plastica di quelli spessi, non vanno bene i bicchieri usa e getta, noi abbiamo usato quelli dell'IKEA.
- Un misurino(tipo di quelli per antibiotici o sciroppi per la tosse)
- Una confezione di sgorga lavandini(ATTENZIONE! Sono prodotti a base acido solforico: corrosivo e irritante, con questa roba non si scherza!)


- Una lastrina di metallo(ferro), noi la nostra l'abbiamo recuperata da un vecchio
  motore di aspirapolvere, se non avete la lastrina usate un pezzo di alluminio da
  cucina ripiegato una decina di volte su se stesso fino a formare una lastrina di 2 CM
  di larghezza e di 5 CM di lunghezza.
- Occhiali da laboratorio(con protezione laterale)
- Guanti di gomma(anche quelli da cucina vanno bene)
- Stracci
- Alcool denaturato
- Un paio di pinze
- Una ciotola
- Acqua corrente
- Un tavolo
- Dei giornali per proteggere il tavolo
- Una stanza BEN ventilata.

Come si procede.
Innanzitutto mettersi a lavorare su di un piano di lavoro stabile e proteggere la superficie con dei giornali. Con la colla a caldo fissate il coperchio del tower per cd alla base di legno(vedi foto), in questo modo avrete un posto sicuro dove lavorare, al riparo da eventuali rovesciamenti di liquido.


Una volta che avrete fatto questo indossate guanti e occhiali: da ora dovrete lavorare in assoluta sicurezza: la sicurezza è la prima cosa, dopo viene il resto.
Prendete il bicchiere di plastica e agganciategli la lastrina di metallo, poi riempitelo fino a tre quarti di acqua. Ora, con molta cautela, versate 45 ml di liquido sgorga lavandini nell'acqua(normalmente sono 3 misurini, ma verificate bene le quantità con l'indicatore che c'è sul misurino). OCCHIO! OCCHIO! OCCHIO! Va messo sempre il liquido nell'acqua e MAI il contrario, altrimenti l'acido schizza in giro.


Adesso agganciate il polo negativo del caricabatterie(quello contraddistinto dal colore nero: ricordate «N» che è l'iniziale di «nero» è anche l'iniziale di «N», negativo) alla piastrina(verificate che faccia contatto bene) e mettete il bicchiere dentro al coperchio del tower.


Ora respirate e prendetevi un momento di pausa. Con le forbici da elettricista tagliate dalla lastra grande un pezzetto di titanio,



smerigliate i bordi della lastrina con la carta vetrata e, importante, pulitela molto bene usando gli stracci e l'alcool denaturato: non devono esserci sopra tracce di sporco o impronte di dita, altrimenti l'anodizzazione non sarà uniforme.



Preparate, su un lato del tavolo, la ciotola con l'acqua.
Ora agganciate il bordo della piastrina al polo positivo del caricabatteria(quello contraddistinto con il colore rosso) e attaccate il caricabatteria alla corrente elettrica della presa.  Noi lavoreremo con una corrente continua a 12 volt perchè questa è la corrente che produce il nostro caricabatterie(ed è anche un voltaggio abbastanza sicuro per questo tipo d'esperimento).




AVVERTENZA: non fate mai toccare la pinza nera con la pinza rossa, altrimenti si crea un corto circuito e scatta la protezione del caricabatterie; ora procedete con calma e osservate, perché succederanno parecchie cose.

Immergete la piastrina nella soluzione e tiratela subito fuori(1 secondo): vedrete che avrà preso un bel colore giallo, l'anodizzazione è iniziata! Ora rimettetela dentro solo per metà(un po' di giallo ce lo teniamo)e osservate.



Sulla piastrina di metallo collegata al polo negativo(quello nero) vedrete formarsi delle bollicine: è idrogeno puro, un gas altamente infiammabile, è per questo che vi ho detto di lavorare in una stanza ben ventilata. Non teneteci la faccia sopra, osservate da distanza di sicurezza(60 CM circa); tenete la piastrina immersa nella soluzione per circa 2 minuti, poi estraetela, staccate la corrente elettrica(è meglio che siate in due a fare questo lavoro) e, aprendo la pinza del caricabatterie, fate cadere la piastrina sul tavolo. A questo punto prendete la piastrina con le pinze e immergetela nella ciotola d'acqua, prendete la ciotola e portatela sotto l'acqua corrente, fate scorrere l'acqua nella ciotola per due minuti.



Adesso potete toccare a mani nude il vostro capolavoro.

Osservazioni
La piastrina sarà di diversi «colori»:giallo, viola chiaro, viola scuro; ho messo la parola «colori» tra virgolette perché in realtà la piastrina non è colorata; il colore appare perché l'ossido che si è formato con l'anodizzazione(la «ruggine» per intenderci, anche se il termine non è corretto)a seconda del suo spessore riflette la luce in maniera diversa, facendoci percepire colori diversi. L'anodizzazione è un processo permanente e duraturo: se sfregate con le dita non viene via, per togliere il «colore» dovreste usare la carta vetrata e «grattarlo» via. Se avete a disposizione un adulto con un trapano funzionante fatevi bucare la piastrina, smerigliate bene il buco e avrete un magnifico ciondolo in titanio anodizzato.



 Operazioni post esperimento.
Quando avrete finito l'esperimento, sempre indossando guanti e occhiali, buttate il contenuto del bicchiere nel WC e fate scorrere parecchia acqua. Buttate nella spazzatura il supporto che avete costruito dividendo il legno dal coperchio del tower(che va smaltito nel sacco della plastica), buttate anche il bicchiere e la lastrina di metallo, sempre nel sacco della plastica. Immergete le punte delle pinze del caricabatterie nell'acqua corrente, fatela scorrere per due minuti ed asciugatele molto bene.
E' fondamentale eseguire le operazioni post esperimento con attenzione, primo perché fanno parte dell'esperimento stesso e secondo perché permettono di imparare un metodo, ovvero la maniera di lavorare correttamente.



Nessun commento:

Posta un commento