Relatório Viscosidade - Laboratório de Físico-Química l

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LABORATÓRIO DE FÍSICO-QUÍMICA Il
VISCOSIDADE
	Professor
	Aroldo Geraldo Magdalena
	
Alunos
	Carlos Eduardo Gonçalves
	
	Fabio Daniel Tavares
	
	Nathalia Jacomin
	
	Thiago Scaliza
Bauru
08/03/2018
OBJETIVOS
Determinar a viscosidade e o coeficiente de viscosidade de alguns líquidos e misturas de líquidos, à várias temperaturas, utilizando o viscosímetro de Ostwald.
MATERIAIS E REAGENTES
Etiqueta
Pipeta de Pasteur
Viscosímetro de Ostwald
Proveta de 50mL
Béqueres de 50mL
Pipetador
Termômetro
Gelo
Água destilada
Glicerol 
Banhos-maria
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Para a execução do experimento referente a viscosidade, ao longo do laboratório foram dispostos quatro aquecedores com temperaturas de 20, 40, 60 e 80 ºC. Foi colocado um béquer contendo água destilada em cada um dos banhos-maria afim de saber se a água já atingiu ou não o equilíbrio térmico, de modo a aumentar a precisão das medidas.
Foram preparadas soluções de 5, 10, 20 e 30% de glicerol em água destilada. Para isso, determinou-se o volume necessário para que as soluções, no viscosímetro de Ostwald, enchessem o bulbo maior da vidraria. Para determinar a capacidade do bulbo, completou-o com água destilada e, por fim, determinou-se que 15,00 mL seria o suficiente para realizar os testes.
A partir disso, determinou-se o volume necessário de água destilada e de glicerol para produzir a solução de título 5%. Estas foram feitas com o auxílio de uma proveta de 50mL, na qual adicionou-se, primeiro, a água destilada e, a seguir, o composto orgânico, ambos com uma pipeta de Pasteur, de modo ter um certo controle na transferência de líquidos. Após o término da preparação de cada solução, esta foi transferida para um béquer previamente identificado. Este procedimento foi repetido para as soluções de título 10, 20 e 30%. 
No banho-maria de temperatura 20ºC, colocou-se o viscosímetro de Ostwald dentro do béquer e, esperou-se um minuto para que o líquido no viscosímetro atingisse a temperatura de 20ºC. 
Por sucção, com auxílio de uma pipetadora de pera, o líquido foi elevado do interior do bulbo até preencher o bulbo pequeno e passar um pouco a marcação superior da vidraria. Em seguida, deixou-se o líquido escoar e, quando o menisco ultrapassou o traço superior, acionou-se então o cronômetro para medir o tempo de escoamento do líquido até a marca inferior da vidraria, em que, quando o líquido passava por esta, cessava-se a marcação do tempo. Fez-se 2 vezes a mesma operação, anotando os tempos medidos e calculando a média. O mesmo foi realizado com o viscosímetro em equilíbrio com a água nos banhos de 40 e 60 ºC.
Após isso, o líquido foi trocado, as soluções de glicerol foram substituídas por água destilada pura, e o experimento foi repetido em temperaturas de 20, 30, 40, 50, 60, 70 e 80 ºC. Como não havia aquecedores nas temperaturas de 30, 50 e 70 ºC, o viscosímetro foi aquecido até a temperatura superior nos banhos e com um recipiente que continha gelo e um termômetro, o sistema foi resfriado até a temperatura desejada.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Logo após a realização do procedimento experimental, coletou-se os dados experimentais referentes às medidas do tempo de escoamento das soluções de água e glicerol e água pura.
Além da coleta de dados, também se calculou algumas informações importantes para a análise dos dados, as quais compreendem a massa do soluto (glicerol), a concentração comum e a molaridade para cada uma das soluções. Estes procedimentos foram feitos através das seguintes equações:
Em que:
 indica a massa do glicerol;
 indica a densidade do glicerol;
 indica o volume do glicerol.
Em que:
C = Concentração comum.
Em que:
 = Molaridade;
 = Massa molar.
As tabelas abaixo apresentam os valores do tempo de escoamento obtidos no experimento, para cada temperatura, assim como os resultados dos cálculos dos valores de massa do glicerol, da concentração comum e da molaridade, e o volume da solução utilizado.
Tabela 1 – Dados referentes ao preparo da solução de água (95% em volume) e glicerol (5% em volume) e os tempos de escoamento para diferentes temperaturas.
	Temperatura (°C)
	Volume da solução (mL)
	Massa glicerol (g)
	Concentração comum (g/L)
	Molaridade (mol/L)
	Tempo de escoamento, t (seg)
	
	
	
	
	
	Medida 1
	Medida 2
	Média
	20
	15,00
	0,94
	63,00
	0,68
	63,0
	62,0
	62,5
	40
	
	
	
	
	49,0
	48,0
	48,5
	60
	
	
	
	
	37,0
	37,0
	37,0
Tabela 2 – Dados referentes ao preparo da solução de água (90% em volume) e glicerol (10% em volume) e os tempos de escoamento para diferentes temperaturas.
	Temperatura (°C)
	Volume da solução (mL)
	Massa glicerol (g)
	Concentração comum (g/L)
	Molaridade (mol/L)
	Tempo de escoamento, t (seg)
	
	
	
	
	
	Medida 1
	Medida 2
	Média
	20
	15,00
	1,89
	126,00
	1,37
	69,0
	68,0
	68,5
	40
	
	
	
	
	54,0
	51,0
	52,5
	60
	
	
	
	
	41,0
	40,0
	40,5
Tabela 3 – Dados referentes ao preparo da solução de água (80% em volume) e glicerol (20% em volume) e os tempos de escoamento para diferentes temperaturas.
	Temperatura (°C)
	Volume da solução (mL)
	Massa glicerol (g)
	Concentração comum (g/L)
	Molaridade (mol/L)
	Tempo de escoamento, t (seg)
	
	
	
	
	
	Medida 1
	Medida 2
	Média
	20
	15,00
	3,78
	252,00
	2,74
	91,0
	93,0
	92,0
	40
	
	
	
	
	68,0
	68,0
	68,0
	60
	
	
	
	
	52,0
	50,0
	51,0
Tabela 4 – Dados referentes ao preparo da solução de água (70% em volume) e glicerol (30% em volume) e os tempos de escoamento para diferentes temperaturas.
	Temperatura (°C)
	Volume da solução (mL)
	Massa glicerol (g)
	Concentração comum (g/L)
	Molaridade (mol/L)
	Tempo de escoamento, t (seg)
	
	
	
	
	
	Medida 1
	Medida 2
	Média
	20
	15,00
	5,67
	378,00
	4,10
	162,0
	165,0
	163,5
	40
	
	
	
	
	115,0
	116,0
	115,5
	60
	
	
	
	
	80,0
	81,0
	80,5
Tabela 5 – Dados referentes aos tempos de escoamento da água para diferentes temperaturas.
	Temperatura, T (°C)
	Densidade, ρ (kg/m³)
	Viscosidade, η (10-3 N.s/m²)
	Tempo de escoamento, t (seg)
	 ρ x t (Kg s/m³)
	
	
	
	Medida 1
	Medida 2
	Média
	
	20
	998,2
	1,002
	64,0
	70,0
	67,0
	66879,4
	30
	995,7
	0,798
	66,0
	58,0
	62,0
	61733,4
	40
	992,2
	0,653
	53,0
	51,0
	52,0
	51594,4
	50
	988,1
	0,547
	48,0
	44,0
	46,0
	45452,6
	60
	983,2
	0,467
	42,0
	40,0
	41,0
	40311,2
	70
	977,8
	0,404
	38,0
	36,0
	37,0
	36178,6
	80
	971,8
	0,355
	33,0
	32,0
	32,5
	31583,5
Após isto, calculou-se o valor da viscosidade de cada solução, para o qual, foi necessário calcular, primeiro, a densidade da solução composta por água e glicerol, respectivamente. Para isto, utilizou-se a equação abaixo para calcular a densidade da solução:
Em que:
 indica a densidade da solução água/glicerol;
 indica o volume de água;
 indica a densidade da água;
 indica o volume final da solução água/glicerol.	
Após a obtenção da densidade das soluções, foi possível calcular a viscosidade das soluções em cada uma das temperaturas em que foram feitos os experimentos. Para isto, utilizou-se a equação apresentada a seguir, que relaciona a viscosidade de um líquido conhecido (água) com a solução desejada:
Em que:
 indica a viscosidade do líquido ou solução;
 indica a viscosidade da água (líquido de referência);
 indica a densidade do líquido ou solução;
 indica o tempo de escoamento do líquido ou solução
Os resultados obtidos após os cálculos encontram-se na tabela abaixo: 
Tabela 6: Resultados para os cálculos da viscosidade utilizando o método comparativo.
	Título volume/volume (%)
	Temperatura (°C)
	Viscosidade 
(10-3 N.s/m²)
	5
	20
	0,95
	5
	40
	0,62
	5
	60
	0,43
	10
	20
	1,05
	10
	40
	0,68
	10
	60
	0,47
	20
	20
	1,45
	20
	40
	0,90
	20
	60
	0,62
	30
	20
	2,64
	3040
	1,57
	30
	60
	1,00
A partir destes dados, é possível discutir um ponto interessante acerca da viscosidade: a relação desta com a temperatura. Para líquidos, a literatura nos mostra que quanto maior for a temperatura, menor será a viscosidade. Isto quer dizer que, menor será a resistência intrínseca do líquido ao se movimentar, logo, a velocidade deste de escoar será maior, o que resulta em um tempo de escoamento menor. 
Isto se sucede porque a temperatura está associada à velocidade média de movimentação das partículas em um sistema. Quando aumentar-se a temperatura, maior será a energia (calor) absorvida pelas moléculas, o que promove o aumento da energia cinética das partículas, ou, em outras palavras, estas vibraram e, portanto, se movimentarão com maior intensidade.
Observando os dados das soluções compostas por água e glicerol, nota-se que a resistência ao escoamento das soluções segue esta regra, uma vez que estas possuem valores maiores de viscosidade quando estão com temperaturas mais baixas.
Nota-se também que, ao comparar os valores de viscosidade das soluções com os valores do solvente puro, as três soluções mais concentradas apresentaram valores maiores que o do solvente, enquanto que a solução menos concentrada apresentou valores menores de viscosidade em relação a água. Isto nos fornece a concepção de que, no caso de soluções bem diluídas, é possível obter maior velocidade de escoamento devido a não formação de ligações de hidrogênio pela presença de outras moléculas no sistema, facilitando então o escoamento.
Após os cálculos, elaborou-se um gráfico do tempo de escoamento em função da concentração, com o intuito de se analisar como o tempo é afetado pela variação da concentração e da temperatura das soluções. O gráfico em questão se encontra logo abaixo:
Gráfico 1: Tempo de escoamento das soluções em função da molaridade nas temperaturas experimentais.
A partir do gráfico, torna-se mais simples perceber que a velocidade de escoamento das soluções será menor conforme aumenta-se a concentração da solução. Isto ocorre devido ao fato de aumentarmos o número de espécies no sistema, aumentando, dessa forma, as interações, o que dificulta o movimento destas. Portanto, podemos dizer que quanto maior o número de espécies de soluto, menor será a energia cinética das mesmas, uma vez que a energia potencial (de interação entre elas) aumentará.
Destaca-se também que o tempo não varia de forma linear com a concentração. Esta situação é bem visível nas três curvas no ponto onde o sistema está mais concentrado. Isso se sucede, provavelmente, devido às interações que ocorrem no meio. Uma solução, embora pareça algo simples de ser analisado, corresponde a um sistema complexo de ser estudado no que diz respeito às interações que existem entre seus componentes. Com uma concentração maior de glicose, ocorrerá não só o aumento da interação de suas moléculas com as moléculas de solvente (água), mas também ocorrerá aumento das interações entre as moléculas do próprio soluto, situação que praticamente não ocorre quando temos uma solução bem diluída, e que, contribui para promover um maior tempo de escoamento.
Além do aumento dos tipos de interação no sistema, também se alia a esta o tamanho da molécula de glicerol (C3H8O3). Por ser uma molécula razoavelmente grande, ocupa maior volume, o que dificulta a sua movimentação.
Além disso, também foi determinado a constante do viscosímetro. Para isso, elaborou-se um gráfico da viscosidade da água em função do produto (ρ x t), o qual foi calculado utilizando-se também os dados referentes a água. 
A determinação da constante do viscosímetro foi feita a partir do coeficiente angular da reta média, o qual foi obtido da equação da mesma. Isto pode ser feito porque a constante do viscosímetro esta relacionada com a viscosidade e com o produto da densidade pelo tempo através da seguinte equação:
O gráfico desenvolvido segue abaixo. 
Gráfico 2: Determinação da constante do viscosímetro.
ρ
 x t (Kg s/m
3
)
Viscosidade 
(
10
-3 
N s/m²)
ρ
 x t (Kg s/m
3
)
ρ
 x t (Kg s/m
3
)
ρ
 x t (Kg s/m
3
)
A partir da equação da reta, obteve-se que a constante do viscosímetro corresponde a 2x10-5 m2/s2. 
Após isto, determinou-se a viscosidade intrínseca do glicerol. No entanto, foi necessário calcular primeiro a viscosidade relativa das soluções. Este processo foi feito para as temperaturas de 20ºC e de 40ºC. A equação utilizada para determinar este parâmetro segue abaixo.
Os valores obtidos após o desenvolvimento dos cálculos seguem nas tabelas abaixo.
Tabela 6 – Viscosidade relativa para as soluções a 20ºC e 40ºC.
	Concentração comum (g/mL)
	Viscosidade relativa a 20ºC
	Viscosidade relativa a 40ºC
	0,063
	0,93
	0,93
	0,126
	1,02
	1,01
	0,252
	1,37
	1,31
	0,378
	2,40
	2,22
Após a obtenção destes valores, elaborou-se dois gráficos - um para cada temperatura, do ln do quociente entre a viscosidade relativa e a concentração comum em função da concentração comum, o qual permitiu determinar a viscosidade intrínseca do glicerol, a qual corresponde ao coeficiente linear das retas médias. Os gráficos seguem abaixo.
Gráfico 3: Determinação da viscosidade intrínseca a 20ºC.
C (g/mL)
Ln
 (
 /c)
Gráfico 4: Determinação da viscosidade intrínseca a 40ºC. 
Ln
 (
 /c)
C (g/mL)
Ln
 (
 /c)
Ln
 (
 /c)
A partir destes gráficos, verifica-se que a viscosidade intrínseca do glicerol a 20ºC é, aproximadamente, 2,89 10-³ N.s/m²; enquanto que a 40ºC sua viscosidade é, aproximadamente, 2,91 10-³ N.s/m². 
Esta viscosidade é interessante porque fornece dados que exprimem o efeito de uma partícula isolada (sem influências de interações intermoleculares) sobre a viscosidade do solvente. Logo, se fosse possível colocar partículas de glicerol na água, de forma que não houvesse interação entre as moléculas do meio, a viscosidade do sistema ainda aumentaria. Fato este que pode ser explicado pelo tamanho de sua molécula, o que dificulta seu fluxo no meio. Esta ideia é comumente usada na viscosimetria de soluções diluídas, pois, neste caso, não há um aumento significativo das interações, o que permite analisar a contribuição do aumento da viscosidade do solvente pela presença das partículas isoladas do soluto.
Verifica-se então, com esses resultados, uma variação ínfima desta propriedade em função da temperatura para o glicerol. 
Por fim, de modo a realizar uma comparação eficiente dos valores de viscosidades das soluções de água e glicerol com a teoria, realizou-se então algumas extrapolações lineares nos valores fornecidos pela literatura. Assim, pode-se comparar as viscosidades nos títulos 10% em volume/volume na temperatura de 20 °C e no título 30% em volume/volume na temperatura de 20 °C.
Tabela 7 – Comparação entre dados experimentais com dados na literatura.
	Dados na literatura a 20°C (10-³ N x s / m²)
	Resultados experimentais a 20°C (10-³ N x s / m²)
	Título 10% v/v
	Título 30% v/v
	Título 10% v/v
	Título 30% v/v
	1,307
	2,60
	1,05
	2,64
Analisando os valores anteriores, pode-se notar que não há um distanciamento tão notável dos resultados obtidos na literatura em comparação aos resultados obtidos experimentalmente em laboratório, muito evidente para o título 30%.
Desta forma, é possível determinar os motivos dos resultados experimentais não alcançarem a magnitude desejada. Para isto, devemos começar esta discussão pontuando os problemas gerados pelo uso das vidrarias e equipamentos.
No momento inicial, é valido destacar que as medições aferidas de volume foram feitas em uma proveta de 50 mL, que não é uma vidraria volumétrica de precisão, consequentemente fazendo com que fosse aferido um volume cujo não era seu real valor. Seguindo este raciocínio, todas as soluções não foram exatamente preparadas com os volumes utilizados no cálculo, revelando uma divergência teórico-prática.
Num segundo momento, é válido destacar que as temperaturas dos banhos não foramexatamente iguais à temperatura da solução dentro do viscosímetro, pela não simplicidade de aferir este valor devido a impossibilidade de mergulhar a ponta do termômetro dentro do viscosímetro, revelando, também, outro deslize experimental.
Além destes problemas que envolvem vidrarias e equipamentos, temos, também, falhas nas medidas de tempo, que são geradas pela dificuldade de se determinar o tempo exato em que a solução passa pelo primeiro bulbo e pelo fim deste – momento em que se inicia e cessa o tempo, respectivamente. Assim, pequenas falhas na marcação do tempo revelam consequências indesejáveis aos resultados obtidos experimentalmente.
De modo geral, estes parâmetros que comprometem de certa forma a qualidade dos dados obtidos poderiam ser melhorados caso haja mais tempo para que se realize os experimentos, preparando-se soluções mais precisas, utilizando melhores métodos de aferição de temperatura, melhorando a medição do tempo pela utilização de um cronômetro mais preciso, além de realizar mais medidas para uma única solução, de modo a obter médias de tempo mais consistentes.
Por fim, este experimento pode contribuir para a formação profissional dos integrantes do grupo num sentido qualitativo e quantitativo da viscosidade, devido aos cálculos e discussões a respeito disso, além de compreender uma propriedade muito importante para o estado líquido e como estes conceitos podem ser aplicados no nosso cotidiano, como a lubrificação de componentes automotivos (entre outros). E, portanto, como a temperatura, concentração e outros fatores podem mudar a propriedades de líquidos e soluções.
CONCLUSÃO
A partir das análises feitas, conclui-se que não só foi possível calcular a viscosidade de líquidos e de soluções, como também foi possível determinar o coeficiente de viscosidade da vidraria, encontrar a viscosidade intrínseca do glicerol e obter resultados coerentes com a literatura.
Além disso, ressalta-se que este relatório foi muito importante para o grupo, uma vez que incrementou nossos conhecimentos acerca da análise cinética de um sistema, mais especificamente, uma solução, relacionando conceitos através da variação de temperatura e concentração.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
DEAN, John A. “Lange’s Handbook of Chemistry”. Disponível em < http://fptl.ru/biblioteka/spravo4niki/dean.pdf> Acesso em 14 de março de 2018.
ATIKINS P; PAULA J; Físico-Química, 8°, Rio de Janeiro ed. LTC, 2008.
Análise Instrumental aplicada à Polímeros. “Capítulo 4: Reologia”. Disponível em: <https://chasqueweb.ufrgs.br/~ruth.santana/analise_instrumental/aula4e.html> Acesso em: 12 de março de 2018.
Portal São Francisco. “Viscosidade”. Disponível em < http://www.portalsaofrancisco.com.br/fisica/viscosidade> Acesso em: 12 de março de 2018.