Experimento 4 - determinação do coeficiente de viscosidade de liquidos

Prévia do material em texto

Universidade Federal de Santa Catarina
Experimento 04: DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE VISCOSIDADE DE LÍQUIDOS
Departamento de Química
QMC 5453 – Laboratório de Físico-Químico Experimental
Professor: Nito Angelo Debacher 
Grupo: Guilherme Nicácio, Isadora Freitas, Elza de Souza
Florianópolis, 20 de agosto de 2018.
INTRODUÇÃO 
A viscosidade pode ser descrita como sendo a resistência que um fluido impõe ao seu próprio movimento (há um esforço de cisalhamento aplicado) e consiste na avaliação da energia dissipada pelo fluido nesse movimento. De acordo com o fluxo dos líquidos, estas podem ser divididas em duas categorias principais: newtonianos e não newtonianos. De modo geral, dependendo das características do fluido, a viscosidade diminui com o aumento da temperatura. Esta variação da viscosidade com a temperatura é expressa pela equação de Arrhenius: [η] = A.℮E/RT.
	O viscosímetro de Höppler permite medir a viscosidade de líquidos pela determinação do tempo de queda de uma esfera de vidro (para a água), de composição uniforme, de um ponto A até um ponto B. Esse método geralmente é utilizado para líquidos transparentes e de viscosidade média do tipo newtoniano. O viscosímetro de Ostwald é um método que avalia o tempo de escoamento do líquido através de um capilar, também analisando dois pontos. Esse é mais indicado para líquidos newtonianos de baixa viscosidade.
OBJETIVOS
 	Determinar o coeficiente de viscosidade de líquidos de baixa viscosidade empregando os viscosímetros de Ostwald e Höppler.
PARTE EXPERIMENTAL
Material: 
Reagentes: Água destilada, sacarose (açúcar).
Vidraria: 2 pipetas graduadas de 10 mL, 1 béquer de 100 mL, 1 proveta de 100 mL; 1 picnômetro.
Equipamentos: Viscosímetro de Ostwald, Viscosímetro de Höppler; Refratômetro; Balança;
Outros: cronômetro, pipetador tipo pera, espátula. Termômetro.
Procedimento: 
Foi preparada uma solução de sacarose a 9% (m/v). Pesou-se o picnômetro vazio e depois cheio com água até a borda. A diferença entre as duas massas forneceu a massa de água e, com sua densidade conhecida, calculou-se o volume do picnômetro. Logo em seguida, fez-se o cálculo para descobrir a densidade da sacarose: o picnômetro com sacarose até a borda foi pesado e a diferença entre a massa deste vazio e com a solução deu a massa da mesma, que foi utilizada para calcular a sua densidade, utilizando o volume previamente determinado.
Utilizando o viscosímetro de Ostwald observou-se a viscosidade da água e da sacarose. Colocou-se cerca de 4 mL de água no viscosímetro previamente ao seu teste, e o líquido foi descartado. Adicionou-se mais 8 mL após o descarte, e foi cronometrado o tempo levado para o líquido fluir entre as marcas (m) e (n), que se localizam no bulbo. As medidas foram feitas três vezes e calculou-se a média. Os mesmos passos foram repetidos para a solução de sacarose. 
Depois, mediu-se a viscosidade das substâncias com o viscosímetro de Höpler. Encheu-se o tubo interno completamente com a substância (água e sacarose separadamente) e colocou-se uma esfera de vidro. O tempo que a esfera levou para descer do ponto A ao B foi cronometrado, levando em conta sempre o mesmo sentido de queda. Cada medida foi feita três vezes e a média calculada.
DADOS EXPERIMENTAIS:
- Solução preparada de Sacarose: 10g para 100ml.
-Concentração (grau BRIX) da solução de sacarose aferida com o refratômetro: 10% (m/v).
- Índice de Refração:.
				
Massa 			Picnômetro Seco (g)
		
				
Massa 			Picnômetro c/ água (g)
		
				
Massa 			Picnômetro c/ sacarose (g)
		
				
24,52
		
				
77,151
		
				
79,240
		
Viscosímetro de Ostwald:
H20: 30,76s ; 31,53s ; 31,53s Média= 31,24s
Sacarose: 37,51s ; 38,11s ; 38,16s Média= 37,93s
Viscosímetro de Höppler
H2O: 59.18s ; 57,86s ; 59,54s Média: 58,86s
Sacarose: 81,17s ; 80,62s ; 78,67s Média: 80,15s
QUESTIONÁRIO E TRATAMENTO DE DADOS:
1 - Determine a densidade (d) da solução de sacarose e calcule o erro experimental.
Volume do picnômetro: 52,651
Massa do picnômetro: 24,520g
Massa do picnômetro com sacarose: 79,240g
Densidade teórica da sacarose 10%: 1,040 g
1,039 
Erro: x 100% = 0,096%
2 - Determine, para o método de Ostwald, a viscosidade relativa (à água) para a solução de sacarose nas condições de temperatura da experiência. Discuta o resultado.
ᶯrel = (d1) x t1/(d2) x t2
ᶯrel = (1,039) x 40,09/(1) x 34,74 = 1,199
Comparando-se o valor da viscosidade relativa à água obtido experimentalmente (1,199) com o valor contido na literatura (1,294), é possível afirmar que o valor está um ligeiramente abaixo do teórico. Porém confirma-se que a viscosidade da sacarose é maior que a viscosidade da água, mesmo experimentalmente. 
3 - Determine para o método de Höppler a viscosidade relativa à água e a viscosidade cinemática (v = ᶯ/d) para a solução de sacarose. Discuta os resultados e calcule o erro experimental. 
Viscosidade relativa à água:
ᶯ1 = (2,226 gcm³ - 1,039 gcm³) x 80,15 s / ᶯ2 = (2,226 gcm³ - 1gcm³) x 58,86 s
ᶯrel = 1,318
Erro = 
Ambos os valores estão próximos ao ᶯ teórico (1,294), indicando que o erro experimental não foi tão significativo;
v = ᶯ/d 
V = 1,275/1,039 = 1,227 Stoke
4 - Determine, para o método de Höppler a viscosidade absoluta dos líquidos (água e solução de sacarose). Discuta os resultados e calcule o erro experimental.
ᶯabsoluta = t x (ds - d1) x K 
ᶯabsoluta solução de sacarose = (80,15) x (2,226 - 1,039) x 0,013399 = 1,275
ᶯabsoluta água = (58,86) x (2,226 - 1,000) x 0,013399 = 0,97
Erro = 
Erro = 
Valor teórico ᶯabsoluta da água = 0,89
Valor teórico ᶯabsoluta da solução de sacarose = 1,294
Valores teóricos segundo (CHANG, 1977)*
Como previsto, a viscosidade da sacarose continua superior à água, não estando necessariamente relacionado à sua densidade.
5 - Estudos da dependência da viscosidade com a concentração de soluções poliméricas são importantes para obter informações relativas à solubilidade do polímero 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.
viscosidade relativa: É adimensional, sendo a razão da viscosidade da solução pela viscosidade do solvente puro.
viscosidade específica: Indica o ganho de viscosidade causado pela presença do polímero. Medindo individualmente a viscosidade por molécula do soluto.
viscosidade reduzida: Indica a habilidade que uma “unidade de concentração” do polímero apresenta em elevar a viscosidade.
viscosidade intrínseca: Indica o ganho de viscosidade promovido por unidade de concentração do polímero, na situação onde não há interação com outras moléculas de polímero. Fornece informações quanto ao tamanho das moléculas e qualidade do solvente.
6 - Discuta a relação entre viscosidade e densidade para um sistema em fase líquida.
A viscosidade é relacionada à capacidade de fluir, e a densidade é a relação entre a massa e volume. Para um sistema em fase líquida, podemos assumir que a densidade da solução seja da mesma ordem de grandeza da densidade do solvente e a viscosidade relativa é a razão entre os tempos de escoamento da solução e do solvente puro.
7 - Assista ao Vídeo https://www.youtube.com/watch?v=dH57MeFIvu4 discuta os experimentos apresentados. 
No vídeo foi analisados a viscosidade de fluidos que estão presentes no nosso dia-a-dia. Os materiais utilizados foram: álcool em gel, detergente, glicerina, óleo de soja e shampoo. 
Foi usado dois métodos para a contagem do tempo sendo um realizado com o tempo cronômetro manual e o outro tempo cronômetro com vídeo. 
Os resultados obtidos entre o tempo do vídeo e o manual foram bem diferentes, pois com o tempo do vídeo é possível ver melhor o tempo de entrada e saída na contagem do cronômetro.CONCLUSÃO
Através do experimento foi possível aprofundar o conhecimento sobre os conceitos de viscosidade relativa, específica, absoluta e intrínseca de fluidos newtonianos de baixa e média viscosidade com o auxílio dos viscosímetros de Ostwald e Höppler. Para líquidos com menor viscosidade é utilizado o viscosímetro de Ostwald, enquanto para de maior viscosidade é utilizado o viscosímetro de Höppler. 
Quanto mais denso o fluido, mais tempo ele leva para escoar e maior será sua viscosidade absoluta, como foi observado comparando-se as soluções de água destilada e sacarose 9%.
Com base nos dados experimentais, pode-se perceber que a viscosidade da sacarose é maior que a da água e que os resultados encontrados obtiveram um valor próximo da literatura, indicando que o experimento foi realizado adequadamente.
Referências 
1 - Apostila Físico-Química Experimental
2 - CHANG, Raymond. Physical Chemistry with Application to Biological Systems, segunda edição. Macmilliam, Nova York, 1977.