Viscosidade de líquidos

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
Viscosidade de Líquidos 
Aluna: 
Profª: 
Laboratório de Termodinâmica Química - 2014
�
Introdução
A viscosidade é um dos testes físicos aplicados a muitas preparações líquidas como soluções, emulsões fluídas ou suspensões. É possível medir a viscosidade de preparações semi-sólidas. Pode-se relacionar a viscosidade com a fluidez, velocidade de deslizamento e tixotropismo das amostras analisadas.
Os materiais são divididos em duas categorias gerais, dependendo de suas características de fluxo: newtonianos e não newtonianos. O fluxo newtoniano caracteriza-se por viscosidade constante, independente da velocidade de cisalhamento aplicada, enquanto o não newtoniano por uma mudança na viscosidade com o aumento na velocidade de cisalhamento.
	A lei de fluxo de Newton considera camadas paralelas de líquido (de espessura dr e área A), sendo a inferior fixa, com aplicação de força sobre a camada superior e movimento do plano superior a uma velocidade constante, movendo-se cada uma das camadas inferiores com uma velocidade diretamente proporcional à sua distância da camada inferior estacionária. O gradiente de velocidade, ou velocidade de cisalhamento (dv/dr), é a diferença entre a velocidade dv entre dois planos do líquido separados pela distância dr. A força F aplicada por unidade de área (F/A), necessária para iniciar o fluxo de uma camada molecular sobre a outra, é chamada de tensão de cisalhamento. Nos chamados fluidos Newtonianos, o gradiente de cisalhamento é proporcional a tensão de cisalhamento, sendo a viscosidade a constante de proporcionalidade, ou seja a força F que se necessita aplicar, tangencialmente, às superfícies superior e inferior, para manter o gradiente de velocidade (dV/dr), dependerá da viscosidade do líquido, isto é:
(F/A) ( (dV/dr) ou (F/A) = ((dV/dr) (1)
No sistema CGS a unidade de viscosidade dinâmica é o Poise (g/cm.s). Um poise equivale a força de cisalhamento necessária para produzir uma velocidade de 1 cm/s entre dois planos paralelos do líquido, cada um com área de 1 cm2, separados por uma distância de 1 cm. (o espaço entre eles estando cheio com o líquido viscoso). A unidade de uso mais prático é o centipoise, (cP) equivalente a 0,01 poise). Os compêndios oficiais, USP-NF, utilizam a viscosidade cinemática, definida como ( = (/(, onde ( é a viscosidade dinâmica e ( a densidade do líquido, tem por unidade o Stokes (cm2/s).
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 Oswald); 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) .No caso da vazão de um líquido através de um capilar o coeficiente de viscosidade, segundo Poiseuille, é :
			(2)
Onde P é a pressão hidrostática sobre o líquido, V é o volume do líquido que flui em t segundos através do capilar de raio r e de comprimento L. Sendo a pressão exercida pela coluna do líquido correspondente a: P = h.(.g ; h=altura da coluna de líquido, (= densidade do líquido, g= aceleração da gravidade.	
O viscosímetro de Ostwald (Fig.1) permite uma determinação simples do coeficiente de viscosidade a partir de uma substância padrão. Neste caso as medidas de viscosidade são feitas por comparação entre o tempo de vazão de um líquido de viscosidade conhecida, geralmente água, e do líquido cuja viscosidade se deseja determinar.
	A partir da equação (2) aplicada ao líquido de viscosidade desconhecida e ao líquido padrão, obtém-se a equação (3), a qual nos permite determinar a viscosidade relativa do líquido:
 (3)
onde (, d e t são, respectivamente, o coeficiente de viscosidade dinâmica, a massa específica e o tempo de escoamento de igual volume dos líquidos 1 e 2 (este último sendo o padrão). .
	A variação da viscosidade de um líquido com a temperatura pode ser expressão pela equação de Arrhenius:
Assim, aplicando-se logaritmo natural em ambos os lados da equação:
	Onde A é uma constante, E é a energia de escoamento, T é a temperatura do sistema em Kelvin e R é a constante dos gases ideais.
Procedimento
Para a experiência utilizou-se um viscosímetro de Oswald, seringa plástica, etanol, água, um recipiente para conter o viscosímetro coberto por água e termômetro.
	Adicionamos o viscosímetro em um recipiente contendo água, suficiente para cobrir a segunda marcação de volume do viscosímetro. Depois, adicionamos 10,0 mL de etanol ao viscosímetro.
	Fixamos uma seringa no tubo mais largo do viscosímetro e fizemos uma pressão sobre o etanol ate que o líquido passasse pelo segundo menisco, então, retiramos a seringa e deixamos o líquido escoar, marcando o tempo gasto para líquido escoar entre os dois meniscos.
	O procedimento foi realizado temperaturas diferentes, sendo estipulados os seguintes valores de temperatura: 20°C, 25°C, 30°C, 35°C e 40°C.
Tabela 1: Tempo de escoamento do etanol.
	T / °C
	tetanol / min
	tetanol / seg
	19,5
	5,52
	331,2
	25,0
	5,18
	310,8
	30,0
	4,49
	269,4
	35,0
	4,29
	257,4
	40,0
	4,03
	241,8
Tabela 2: Valores da literatura.
	T / ºC
	ρetanol / g mL-1
	ρágua / g mL-1
	tágua / seg
	ηágua / poise
	
	
	
	20
	0,78945
	0,998017
	222,23
	0,01005
	
	
	
	25
	0,78522
	0,997069
	192,31
	0,00894
	
	
	
	30
	0,78097
	0,995672
	177,04
	0,00801
	
	
	
	35
	0,77671
	0,994058
	159,45
	0,00723
	
	
	
	40
	0,77231
	0,992244
	145,56
	0,00656
	
	
Tabela 3: Dados Experimentais.
	T / °C
	ɳetanol / poise
	ɳ etanol / Pa.s
	ln ɳetanol
	19,5
	0,011848
	0,0011848
	-6,73818
	25,0
	0,011378
	0,0011378
	-6,77866
	30,0
	0,009560
	0,0009560
	-6,95275
	35,0
	 0,009119
	0,0009119
	-6,99998
	 40,0 0,008482 0,0008482 -7,072394
Tabela 4: Dados Literatura.
	T /°C
	ɳetanol / poise
	ɳ etanol / Pa.s
	ln ɳetanol
	10,0
	0,01466
	0,001466
	-6,52522
	20,0
	0,01200
	0,001200
	-6,72543
	30,0
	0,01003
	0,001003
	-6,90476
	40,0
	0,00834
	0,000834
	-7,08928
	50,0
	0,00702
	0,000702
	-7,26158
Cálculos :
Para 19,5°C ~20°C
 
1 = 0,011848 poise
Para 25°C 
 
1 = 0,011378 poise
-Para 30°C
 
1 = 0,0095604 poise
Para 35°C
 
= 0,00911946 poise
Para 40°C
 
1 =0,008481753 poise
Temos que 0,1 Pa.s equivale a 1 Poise, para obter os valores de 
 em Pa.s basta dividir os valores calculados por 0,100 (ver tabela 3).
Gráfico 1: Gráfico do ln ɳliteratura em função de T-1.
Gráfico 2: Gráfico do ln ɳetanol em função de T-1.
Equação para a etanol(literatura) pelo ajuste linear:
Equação para o Etanol pelo ajuste linear :
Assim, como 
, temos que, 
, ou seja, quanto maior a temperatura, menor será o valor do coeficiente de viscosidade, e é o que se observa na tabela, pois o aumento da temperatura gerou um menor valor de 
.
	Analisando o gráfico, percebemos que quanto maior o valor para 1/T, ou seja, menor temperatura, maior é o valor para Ln(
), consequentemente, maior valor de 
.
A partir dos ajustes lineares podemos calcular o valor da energia de ativação (escoamento), temos que: 
 
Logo, a energia de ativação pode ser calculada relacionando a equação obtida com a equação teórica da seguinte forma:
Literatura: 
E = (3372,7 ± 20,7) x 8,314
E = (28040,6 ± 172,1) J.mol-1
Etanol:
E = (1597,5 ± 206,8)x 8,314
E = (13281,6 ± 1719,3) J.mol-1
Conclusão
. 	A energia de ativação indica a sensibilidade da viscosidade devido à mudança de temperatura, de maneira que, quanto maior for a energiade ativação, maior será a influência da temperatura, ou seja, alta energia de ativação de fluxo indica uma mudança mais rápida na viscosidade com a temperatura.
	Comparando os valores da energia de ativação, é possível perceber que o etanol possui um valor significativamente menor, pois a energia cinética média das moléculas se torna maior e consequentemente o intervalo de tempo médio no qual as moléculas passam próximas umas das outras torna-se menor. Assim, as forças intermoleculares se tornam menos efetivas e a viscosidade diminui com o aumento da temperatura. Por este motivo o etanol tornou-se menos viscoso com o aumento da temperatura
Referências
ATKINS, Peter; DE PAULA, Julio. Atkins Físico-Química, Oitava edição. Volume 2.Editora LTC,2008
CASTELLAN, Gilbert; Fundamentos de Físico-Química, Rio de Janeiro, LTC, 1986.
Apostila do Laboratório de Termodinâmica Química
 
� EMBED Equation.3 ���
_1285089462.unknown
_1462449882.unknown
_1462450346.unknown
_1462451157.unknown
_1462621901.unknown
_1462621966.unknown
_1462457983.unknown
_1462450573.unknown
_1462450378.unknown
_1462450017.unknown
_1462446528.unknown
_1462449575.unknown
_1285089610.unknown
_1285089708.unknown
_1284830566.unknown
_1284830706.unknown
_1284620802.unknown
_1284621150.unknown
_1284830264.unknown
_1284621492.unknown
_1284621071.unknown
_1284620622.unknown