Relatório - Determinação do coeficiente de viscosidade de líquidos

Prévia do material em texto

EXPERIMENTO 3: DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE 
VISCOSIDADE DE LÍQUIDOS 
 
 
 
 
Alice Coutinho Goularte 
Ana Carolina Rosa Prada 
Fernanda Bif Lucas 
Julia Beims Lopes 
 
 
 
Experimento realizado dia 20 de abril de 2016. 
Introdução 
Viscosidade é a resistência apresentada por um fluido à alteração de sua forma ou aos                             
movimentos internos de suas moléculas entre elas mesmas. A viscosidade de um fluido indica sua                             
resistência ao escoamento, sendo o inverso da viscosidade, a fluidez.​Ela representa, nos fluidos, o                             
mesmo papel que o atrito, nos sólidos. ​A medida da viscosidade é um teste físico aplicado a                                 
líquidos puros e a muitas preparações líquidas, como soluções, emulsões (​mistura entre dois                         
líquidos imiscíveis ­ manteiga e margarina) ​ou suspensões, assim como a preparações                       
semi­sólidas.   
Pode ser relacionada com a fluidez, velocidade de deslizamento e tixotropismo (coloide muda                         
sua viscosidade, seu estado de gel para sol ou sol para gel) das amostras analisadas. Os materiais                                 
são divididos em duas categorias gerais, dependendo de suas características de fluxo:                       
newtonianos e não newtonianos. O primeiro caracteriza­se por viscosidade constante,                   
independente da velocidade de cisalhamento aplicada, enquanto o não newtoniano por uma                       
mudança na viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento. 
A Lei de Newton para o fluxo do fluído considera camadas paralelas de líquido com                             
expressura dx e área A. A camada inferior do líquido é fixa. Uma força é aplicada na camada                                   
superior com velocidade constante. A velocidade de escoamento (dv/dx) representa a diferença                       
de velocidade entre camadas consecutivas (com distância dx). A tensão de cisalhamento é a força                             
sobre área (F/A) necessária para iniciar o fluxo. Para fluídos newtonianos, a velocidade de                           
escoamento (dv/dx) é proporcional a tensão de cisalhamento (F/A) e a viscosidade, sendo                         
constante, as iguala (F/A = ​η(dv/dx)​). 
A viscosidade de um fluido pode ser determinada por vários métodos: através da resistência                           
de líquidos ao escoamento, tempo de vazão de um líquido através de um capilar (viscosímetro de                               
Ostwald); da medida do tempo de queda de uma esfera através de um líquido (Höppler); medindo                               
a resistência ao movimento de rotação de eixos metálicos quando imersos na amostra (reômetro                           
de Brookfield). 
 
Objetivos 
O objetivo principal neste experimento é determinar o coeficiente de viscosidade de líquidos                         
empregando o viscosímetro de Ostwald (capilar), onde a viscosidade é medida pela velocidade de                           
escoamento do líquido através de um capilar de vidro, e o viscosímetro de Höppler (de esfera),                               
com o qual a viscosidade é medida pela velocidade de queda de uma esfera dentro de um líquido                                   
colocado em um cilindro vertical de vidro. 
 
Descrição experimental 
➢ Preparações iniciais: 
I. Preparou­se 100mL de uma solução 15% massa/volume de sacarose e a concentração foi                         
conferida no refratômetro (a concentração obtida foi de 13,5g/100mL). 
II. Pesou­se o picnômetro vazio, com água e com a solução de sacarose para determinar a                             
densidade da solução de sacarose, considerando­se a densidade da água como 1g/mL. 
 
● Método 1: Viscosímetro de Ostwald 
O viscosímetro foi lavado com o líquido que seria determinado a viscosidade. Em seguida,                           
preenchido com cerca de 10 ml do líquido para preencher maior parte do bulbo maior. Por sucção,                                 
o líquido foi elevado o interior do tubo até preencher a dilatação pequena e passar um pouco                                 
acima da marca superior, 1 cm mais ou menos.  
Em seguida, deixou­se o líquido escoar (sem que gotas ficassem aderidas às paredes do tubo)                             
e quando o menisco passou no traço superior, o cronômetro foi acionado para medir o tempo que                                 
este líquido leva para escoar até a marca inferior.  
Repetiu­se 3 vezes para cada líquido (água e sacarose) a mesma operação, anotando os                           
tempos medidos e calculou­se a média aritmética destes. 
● Método 2: Viscosímetro de Höppler 
O tubo foi lavado com o líquido que foi determinada a viscosidade, depois preenchido                           
totalmente o tubo interno do viscosímetro. 
A esfera foi colocada dentro do tubo e foi deixada para afundar, anotando 3 vezes o tempo                                 
que cada líquido levou da marcação inicial até a final e obtida a média destes 3 tempos. 
 
Resultado e discussão ​(Tratamento de Dados) 
➢ Dados experimentais: 
 
Viscosímetro de Ostwald 
t​água  t​sacarose  Massas (g)  Demais valores 
t​1​ = 34,35s   t​1​ = 48,85s  m​P​ = 30,432   
t​2​ = 34,68s  t​2​ = 48,17s  m​P+A​ = 80,415   V​PIC​ = 49,983cm3 
t​3​ = 34,73s  t​3​ = 48,11s  m​P+S​ = 83,271   d​sac​ = 1,057g/cm3 
t​a​ = 34,59s  t​s​ = 48,38s     
 
Viscosímetro de Höppler 
t​água  t​sacarose 
t​1​ = 55,20s   t​1​ = 89,42s 
t​2​ = 55,86s  t​2​ = 89,24s 
t​3​ = 55,82s  t​3​ = 88,70s 
t​a​ = 55,63s  t​s​ = 88,45s 
 
1. Determine, pelo método de Ostwald, a viscosidade relativa (à água) para a solução                           
de sacarose nas condições de temperatura da experiência. Discuta o resultado e calcule o                           
erro experimental. 
 
(3) 
(1­Sacarose; 2­Água) 
Como já    dado diretamente na tabela (1), o valor da densidade                 
experimental da sacarose e o volume do picnômetro foram calculados a partir da densidade da                             
água (V=m/d). 
 
A viscosidade relativa mede o quanto a viscosidade da sacarose (solução) é maior que a                             
viscosidade da água (solvente) pura. Logo, com o resultado obtido conclui­se que a viscosidade da                             
sacarose é 1,4704 vezes maior que a da água. 
 
2. Determine a viscosidade relativa à água e a viscosidade cinemática para a solução de                             
sacarose, pelo método de Höppler. Discuta os resultados e calcule o erro experimental. 
 
Calculando a viscosidade relativa pelo método de Höppler, o resultado foi mais próximo do                           
teórico do que com o método de Ostwald. Este resultado indica que a viscosidade da solução de                                 
sacarose é 1,516 vezes maior que a da água. 
 
A viscosidade cinemática calculada indica que a cada segundo o líquido escoa 1,358cm​2​. 
 
3. Determine a viscosidade absoluta dos líquidos (água e solução de sacarose), pelo                         
viscosímetro de Höppler. Discuta os resultados e calcule o erro experimental. 
 
 
Discussão​: Os resultados obtidos foram relativamente próximos dos valores teóricos (erros                     
pequenos) e fornecem diretamente o valor da viscosidade do líquido (a resistência que o fluido                             
apresenta ao escoamento). 
 
4. A viscosidade de soluções de macromoléculas (polímeros) varia com a concentração                       
da solução. Estudos da dependência da viscosidade com a concentração de soluções                       
poliméricas sãomuito significantes, pois deste modo é possível obter­se informações                     
relativas à forma ou à dissolução do polímero no solvente e também sobre sua massa molar                               
média. Defina os seguintes termos, utilizados para expressar a viscosidade de soluções                       
poliméricas: a) viscosidade relativa; b) viscosidade específica; c) viscosidade reduzida; d)                     
viscosidade intrínseca. 
a) ​A viscosidade relativa mede o quanto a viscosidade da solução é maior do que a                               
viscosidade do solvente puro. 
b) A viscosidade específica indica o quanto vale a diferença de viscosidade entre a solução e                               
o solvente puro. Em outras palavras, mostra o ganho de viscosidade causado pela presença do                             
polímero.  
Usa­se esta viscosidade quando a solução tem comportamento ideal. Independente da                     
concentração. 
c) A ​viscosidade reduzida indica o ganho de viscosidade promovido por unidade de                         
concentração do polímero. Ou seja, indica a habilidade que uma 'unidade de concentração' do                           
polímero apresenta em elevar a viscosidade. 
d) A ​viscosidade intrínseca indica o ganho de viscosidade promovido por unidade de                         
concentração do polímero, na situação em que não há interação com outras moléculas de                           
polímero (as moléculas apresentam comportamento independente umas das outras). 
 
Conclusão 
No experimento foram utilizadas duas formas de medir o coeficiente de viscosidade                       
(resistência que um fluido apresenta ao escoamento) de uma solução de sacarose e da água. 
O viscosímetro de Höppler mede a viscosidade pelo tempo que uma esfera leva para                           
atravessar um líquido. Por esse método obteve­se a viscosidade relativa (à água) da solução de                             
sacarose, o que mostrou um resultado relativamente próximo ao teórico. Para a solução de                           
sacarose, usando esse mesmo método, foi calculada a viscosidade cinemática, a qual indica o                           
quanto a solução escoa a cada segundo. Por fim, notaram­se pequenos erros em relação ao                             
cálculo da viscosidade absoluta para a água e a solução de sacarose. 
Outra maneira de medir a viscosidade se refere ao viscosímetro de Ostwald, no qual a                             
resistência ao escoamento é dada pela velocidade em que o líquido flui através de um capilar de                                 
vidro. A viscosidade relativa calculada dessa forma não apresentou resultados tão satisfatórios                       
quanto no de Höppler para os mesmo líquidos. 
Além dos erros humanos, como a cronometragem do tempo de escoamento, os dados                         
obtidos no experimento, provavelmente foram afetados pela temperatura ambiente, que era                     
diferente da fornecida pelos valores da literatura, acarretando uma diferença em relação aos                         
valores teóricos. Portanto, nessas condições, os resultados obtidos foram razoavelmente bons. O                       
fato desta diferença de temperatura entre a dos dados e a ambiente, pode causar uma alteração                               
significativa no resultado da velocidade, devido à equação de Andrade­Guzman, a qual relaciona a                           
viscosidade com a temperatura num fator exponencial 
 
Referências Bibliográficas 
Pedro Coelho; Viscosidade: Dinâmica e Cinemática; 
http://www.engquimicasantossp.com.br/2015/04/viscosidade­dinamica­e­cinematica.html​; 
Acessado em 26/04/2016 
Paulo A. Netz, George G. Ortega, Fundamentos de Físico Química­ Uma abordagem                       
conceitual para as ciências farmacêuticas. Cap.8, Artmed 2002. 
Alfred N. Martins, Princípios de Físico­Química para Farmácia y Biologia. Cap.18