relatório físico química DETERMINAÇÃO DE COEFICIENTE DE VISCOSIDADE DE LÍQUIDOS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
 CENTRO DE CIÊNCIAS FÍSICAS E MATEMÁTICAS
 DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
 FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL
 EXPERIÊNCIA 4: DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE VISCOSIDADE DE LÍQUIDOS
Alunos: Marcela Lopes, Luiza Campos, Tuany Sommariva e Anderson Cadet
Professor: Nito Angelo Debacher
Curso: Farmácia
INTRODUÇÃO
 A medida da viscosidade é um teste físico aplicado a líquidos puros e preparações líquidas como soluções, suspensões ou emulsões, assim como as preparações semi-sólidas. A viscosidade está relacionada a fluidez, a velocidade de cisalhamento do fluído sobre ele mesmo e ao tixotropismo das amostras analisadas.
 Os materiais podem ser classificados dependendo das suas características de fluxo, como Newtonianos ou não Newtonianos. Os newtonianos possuem uma viscosidade constante, que independe da velocidade de cisalhamento aplicada, apresentam um gradiente de cisalhamento proporcional a tensão de cisalhamento. Já os não newtonianos caracterizam-se por uma mudança na viscosidade com o aumento da velocidade de cisalhamento.
 A viscosidade de uma substância é medida em viscosímetros. Existem diversos tipos que viscosímetros, porém iremos destacar apenas: viscosímetro capilar ou viscosímetro de Ostwald (onde a viscosidade é medida pela velocidade de escoamento através de um capilar de vidro. Ele permite a determinação do coeficiente de viscosidade a partir de uma substância padrão. Usando esse viscosímetro é possível calcular a viscosidade relativa do líquido pela equação: ŋrel = ŋ1/ŋ2 = d1t1/d2t2, onde ŋ é a viscosidade, d é a densidade e t é o tempo de escoamento do líquido) e o viscosímetro de esfera ou viscosímetro de Höppler que a viscosidade é medida pela velocidade de uma esfera dentro de um líquido colocado em um cilindro vertical de vidro. A partir desse tipo de viscosímetro é possível calcular a viscosidade absoluta de líquidos, usando a seguinte equação: ŋ = t(ds - dl)K, onde ŋ é a viscosidade absoluta, t é o tempo de queda da bola, ds é a densidade da bola, dl é a densidade do líquido e K é uma constante específica para a bola, que é fornecida pelo fabricante.
OBJETIVO
Determinar o coeficiente de viscosidade de líquidos de baixa viscosidade empregando os viscosímetros de Ostwald e Höppler.
PARTE EXPERIMENTAL
Materiais utilizados
Reagentes: água destilada, sacarose (açúcar).
Vidraria: 2 pipetas graduadas (10mL), 1 béquer (100mL), 1 proveta (100 mL), 1 picnômetro.
Equipamentos: viscosímetro de Ostwald, viscosímetro de Höppler, refratômetro, balança
Outros: cronômetro, pipetador tipo pêra, espátula, termômetro.
 3.2 Procedimento
 3.2.1 Solução de sacarose
 Com auxilio de espátula, pesou-se em uma balança analítica (0,000g) 15,603g de sacarose dentro de um béquer (100mL). Depois, com o refratômetro, pudemos observar que a concentração obtida foi aproximadamente 9,5%. 
 3.2.2 Determinação da densidade de líquidos – Picnômetro
 O picnômetro seco com tampa foi pesado e obteve-se o valor de 25,221g. Encheu-se completamente com água e pesou-se de novo, obtendo o valor de 77,425g. A densidade da água é considerada sendo 1 g/mL. Sendo assim, torna-se possível calcular o volume correto da vidraria: 
 Picnômetro com água – picnômetro seco = massa da água
 77,425g – 25,221g = 52,204g de água
 Logo:
 Densidade = massa/volume
 1 g/cm³ = 52,204g / V
 V = 52,204 mL
 Com esse dado é possível calcular a densidade da solução de sacarose, onde o valor do picnômetro seco foi de 25,221g e o picnômetro com a solução de sacarose pesou 79,476g. A partir dos dados obtidos foi possível calcular a densidade da sacarose: 
 Picnômetro com sacarose – picnômetro seco = massa de sacarose
 79,476 – 25,221g = 54,255g de sacarose
 Logo:
 Densidade = massa/volume
 Densidade = 54,255g / 52,204 mL
 Densidade de sacarose = 1,039 g/cm³
A temperatura da solução de sacarose foi de 23,7°C.
3.3 Viscosímetro de Ostwald 
3.3.1 Viscosidade da água
Utilizar água para lavar o viscosímetro e repetir o procedimento duas vezes. Colocar uma quantidade suficiente para preencher parcialmente o bulbo C. Utilizar uma pera para sugar a água até um pouco acima da marca A, ficando em cima da marca do menisco. Remover a pêra e deixar a água escoar naturalmente, cronometrando o tempo em que o líquido leva para passar da marca A para a marca B. O experimento foi repetido 3 vezes, obtendo-se uma média de tempo de escoamento igual a 34 segundos.
Viscosidade da solução de sacarose 
Utilizar a solução de sacarose 9,5% para lavar o viscosímetro. Esta lavagem foi feita duas vezes. Após este procedimento, repetir as mesmas operações realizadas para medir a viscosidade da água. Assim, determinamos o tempo de escoamento da sacarose entre as marcas A e B do viscosímetro, obtendo tempo médio de 40,91 segundos.
Viscosímetro de Höppler 
3.4.1 Viscosidade da água
Encher o tubo interno do viscosímetro com água. Em seguida, com o auxilio de uma pinça, colocar a esfera dentro do tubo. Cronometrar o tempo em que a bola demora em atravessar as marcas do viscosímetro. Repetir o procedimento três vezes para obter uma média dos valores obtidos (tempo médio = 56,5 segundos). Na segunda vez, deve-se fechar a parte superior do tubo e girar o viscosímetro sobre o próprio suporte.
Viscosidade de sacarose
É feita a lavagem do viscosímetro com a solução de sacarose. Após este procedimento, repetir as mesmas etapas realizadas na viscosidade da água. Tempo médio obtido foi de 1 minuto e 15 segundos.
Para que seja calculada a viscosidade no viscosímetro de Höppler é necessário algumas informações do fabricante do viscosímetro:
Constante específica da esfera (K)= 0,013399
Densidade da bola= 2,226 g/cm³
QUESTIONÁRIO
Determine a densidade (d) da solução de sacarose e calcule o erro experimental.
Densidade = massa/volume
Densidade da sacarose = 24,255g/52,204mL
Densidade experimental da sacarose: 1,039 g/cm³
Densidade teórica da sacarose (considerando 10%): 1,0381 g/cm³
Erro experimental: |valor experimental – valor teórico|/ valor teórico
Erro experimental: |1,0390g/cm³ - 1,0381g/cm³|/ 1,0381g/cm³
Erro experimental: |0,0009|/1,0381 = 0,000867 x 100
Erro experimental = 0,087% 
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.
A viscosidade da solução de sacarose foi comparada com um líquido padrão de viscosidade conhecida (a água), levando em conta os tempos de fluxo aferidos no viscosímetro capilar (método de Ostwald). O resultado obtido demonstra que a solução de sacarose possui viscosidade consideravelmente maior quando comparada à da água.
Determine para o método Höppler a viscosidade relativa à água e a viscosidade cinemática (v=ŋ/d) para a solução de sacarose. Discuta os resultados e calcule o erro experimental. 
Viscosidade relativa: 
Ŋrel = [(2,226 – 1,039)75]/[(2,226-1)56,5
Ŋrel = 89,025/69,269
Ŋrel = 1,285
Viscosidade cinemática: v=ŋ/d
V= ŋdinamico / densidade de sacarose
V= t(ds – d1)K / densidade de sacarose
V= 75 (2,226 – 1,039)0,013399 / 1,039
V= 1,1929 / 1,039 
V= 1,14807
Em algumas situações pode ser conveniente determinar a viscosidade cinemática para seu uso, em nossa prática, seu valor apresentou um erro experimental significativo.
Determine, para o método de Höppler a viscosidade absoluta dos líquidos (água e sacarose). Discuta osresultados e calcule o erro experimental.
 Viscosidade absoluta da água:
Viscosidade absoluta da sacarose:
 mPa.s
A viscosidade absoluta da sacarose apresentou um erro experimental significativo.
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:
a) Viscosidade relativa: É quando a viscosidade de um líquido desconhecido é medida com relação a um líquido padrão de viscosidade conhecida, pode ser, por exemplo, como no dado experimento, o quociente dos tempos de fluxo da solução polimérica (viscosidade da solução de sacarose) e do solvente puro (água).
b) Viscosidade específica: é definida como ηsp = ηrelativa - 1. Indica a diferença de viscosidade entre a solução e o solvente puro, ou seja, o quanto a solução é mais viscosa na presença do polímero.
 
c) Viscosidade reduzida: É a relação entre a viscosidade específica e a concentração: ηred = ηsp/c. É determinada a partir do gráfico da viscosidade específica pela concentração. Indica o quanto a viscosidade aumenta por uma unidade de concentração do polímero.
 
 d) Viscosidade intrínseca: É o valor determinado por extrapolação gráfica da viscosidade reduzida em função da concentração da solução. Indica o ganho de viscosidade promovido por unidade de concentração do polímero, numa situação ideal na qual as moléculas apresentam comportamento independente umas das outras
Discuta a relação entre viscosidade e densidade para um sistema em fase líquida.
Tanto a viscosidade quanto a densidade tem a ver com um aspecto de uma substância. A resistência ao seu descolamento relativo de partículas está relacionada à viscosidade, enquanto a razão entre as massas dessas partículas e os valores que ocupam define a densidade. Na prática pode-se perceber que, fluidos com viscosidades diferentes podem apresentar densidades tanto similares quanto diferentes, logo as duas grandezas não têm interligação. 
CONCLUSÃO
A viscosidade de um fluido pode ser determinada através de diferentes métodos como vimos durante a realização do experimento. Tanto pela medida de tempo de queda de uma esfera através de um líquido (método de Höppler) quanto pela resistência de líquidos ao escoamento ou tempo de vazão por um capilar (método de Ostwald). Utilizando-se estes diferentes métodos, foi possível determinar os valores dos coeficientes de viscosidade de líquidos com concentrações diferentes (água e solução de sacarose), baseando-se em suas densidades e tempo de escoamento no viscosímetro.
Especialmente no ramo das ciências farmacêuticas, a viscosidade tem fundamental importância, onde se torna indispensável para o entendimento de diversos fenômenos e processos encontrados e empregados a fabricação de medicamentos, além de um melhor entendimento de sua ação no nosso organismo.
Nota: 9,5