Determinação do coeficiente de viscosidade usando um viscosímetro de Ostwald. Se possível, também salvar o material.

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA
CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA SAÚDE 
DEPARTAMENTO DE FARMÁCIA 
CURSO FARMÁCIA 
Relatório Experimento Nº 03 : Determinação do coeficiente de viscosidade usando um viscosímetro de Ostwald.
Campina Grande- PB
2018
UNIVERSIDADE ESTADUAL DA PARAÍBA CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
 
LABORATÓRIO DE:_FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL
PROFESSOR (a): 
ALUNO (a): 
CURSO :FARMÁCIA MAT:
TÍTULO E Nº DO EXPERIMENTO: EXPERIMENTO Nº 03: DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE VISCOSIDADE UTILIZANDO O VISCOSÍMETRO DE OSTWALD.
DATA DO EXPERIMENTO: 16 \ 03 \ 2018
 RECEBIDO EM:____\____\____ POR: __________
AVALIAÇÃO
PREPARAÇÃO:______________
 RELATÓRIO:_________________
 PROVA:_____________________
 NOTA GLOBAL:________(_____________)
 RUBRICA DO (a) PROFESSOR (a)_____________
1. Introdução
A viscosidade é uma resistência que o fluido apresenta ao escoamento. Sendo que essa resistência é definida como o atrito interno que é resultante do movimento de uma camada de fluido em relação à outra. A viscosidade é uma propriedade que sofre influencia da temperatura. Sendo que em fluidos líquidos, quando se aumenta a temperatura a viscosidade diminui, e em fluidos gasosos, quando se aumenta a temperatura a viscosidade aumenta. Sendo que essa variação de temperatura pode ser explicada examinando se o mecanismo de viscosidade.
Em fluidos com pressões moderadas, a viscosidade é independente da pressão e depende somente da temperatura. Em fluidos com pressões muito altas, a viscosidade dos gases e da maioria dos líquidos não tem lei bem definida de variação com a pressão. Um exemplo de uma grande diferença de viscosidade pode ser observado entre a água e o óleo. Ambos possuem coeficientes de viscosidade iguais, porém, o óleo apresenta grande viscosidade em relação à água. Isso pode ser explicado pela diferença de polaridade de suas moléculas, bem como, as forças coexistentes sobre elas.
Matematicamente, a viscosidade () é a derivada do gráfico da força de cisalhamento por unidade de área entre dois planos paralelos do líquido em movimento relativo( tensão de cisalhamento versus o gradiente de velocidade dv/dx ( taxa de cisalhamento, entre os planos , isto é , onde :
 Taxa de cisalhamento 
Tensão de cisalhamento 
Viscosidade 
A unidade de viscosidade comumente utilizada no sistema cgs é a poise ( g/ cm.s = P). Atualmente , como a viscosidade da água a 20ºC é muito próxima de um centipoise ( um cp; valor exato: 1,002 cP) os valores de viscosidade eram frequentemente tabelados em cP. A relação entre a atual unidade Sie a antiga é a 1 mPa . s = 1 cP. A velocidade de um fluído pode ser determinada por vários métodos experimentais , como por exemplo , a medida do tempo de razão de um líquido através de um capilar, a medida do tempo de queda de uma esfera através de um líquido. Podemos ainda determinar a viscosidade cinemática , expressa por :
Onde é a viscosidade dinâmica e é a massa específica do líquido . Tem por unidade o Stokes( g/cm.s).
Um método que atende bem as essas expectativas é o método de Poiseuille procedimento este utilizando o viscosímetro de Ostwald que também é conhecido como viscosímetro em tubo U. Em um braço do U há uma seção vertical com perfuração estreita precisa (o capilar). Acima disso há um bulbo, e no outro braço do U há um bulbo em um nível mais baixo que o primeiro. Quando em uso, o líquido é puxado para o bulbo mais alto por sucção, e então deixado fluir até o bulbo mais baixo através do capilar. Duas marcas (uma acima e uma abaixo do bulbo mais alto) indicam um volume conhecido. O tempo levado para o nível do líquido passar entre as duas marcas é proporcional à viscosidade cinemática. O viscosímetro de Ostwald permite uma determinação simples do coeficiente de viscosidade a partir de uma substância padrão. Mediante procedimentos teóricos Poiseuille determinou que a viscosidade do líquido fosse dada por :
p= pressão hidrostática sobre o líquido ;
t= tempo de escoamento(s);
r= raio do capilar, em centímetros( cm);
L= comprimento do capilar, em centímetros (cm);
V= volume do líquido , em centímetros cúbicos ()
Neste caso as medidas de viscosidade são feitas por comparação entre o tempo de vazão de um líquido de viscosidade conhecida, geralmente a água, e do líquido cuja viscosidade se deseja determinar. Este método clássico consiste na medida do tempo que um fluido leva para passar por um capilar. É utilizado como medidor padrão da viscosidade da água e, mais genericamente, da viscosidade de fluidos newtonianos. A equação utilizada para tanto é expressa da seguinte forma:
2. Objetivo.
Calcular a viscosidade dos líquidos , que são estes: água destilada , soluções de sacarose em diferentes concentrações (10%, 20%, 30% e 40%) álcool etílico e acetona , usando o viscosímetro de Ostwald e o método de Poiseuille.
3. Materiais e métodos 
3.1 Materiais e reagentes 
· Pipetas ;
· Termômetro;
· Cronômetros;
· Viscosímetro de Ostwald;
· Béqueres;
· Água destilada;
· Soluções de sacarose em diferentes concentrações (10%, 20%, 30%, 40%);
· Álcool etílico;
· Acetona;
· Pipetador.
3.2 Métodos
· Primeiro com o uso do termômetro , determinou-se a temperatura ambiente inicial e logo a mesma foi anotada.
· Em seguida o viscosímetro de Ostwald foi acoplado de maneira adequada e com cautela ao suporte universal . De forma em que o mesmo ficou na posição vertical .
· 10 mL de água destilada foi pipetada e escoada pelo braço mais largo do viscosímetro .
· Com o pipetador foi feita a sucção da água pelo braço do capilar até chegar ao nível acima da marca .
· Esperou-se o nível da água baixar até chegar à marca , onde então foram ativados os cronômetros .
· Os cronômetros foram desligados no momento em que a água atingiu o menisco inferior contido no viscosímetro . Os resultados obtidos nos cronômetros foram anotados para ser calculada a velocidade média.
· O processo se repetiu com o álcool, com a acetona e com as soluções e com as soluções de sacarose.
· A temperatura ambiente final foi verificada e anotada.
4.Resultados e discussões 
Temperatura Ambiental Inicial : 28ºC
Temperatura Ambiental Final : 28ºC
Quadro 4.1 – Anotação de dado experimental.
	
	Água
	Conc. de 
Sacarose(10%)
	 Conc. de
 Sacarose(20%)
	 Conc. de
 Sacarose(30%)
	 Conc. de
 Sacarose(40%)
	Álcool
PA
	Acetona
PA
	Tempo escoamento(t1)
	3,45
	4,42
	5,51
	7,43
	10,44
	6,73
	1,47
	Tempo
Escoamento(t2)
	3,42
	4,42
	5,51
	7,43
	10,44
	6,73
	1,47
	Tempo 
Escoamento(t3)
	3,27
	4,41
	5,51
	7,44
	10,44
	6,09
	1,47
	Tempo médio
	218 s
	218s
	351s
	453 s
	644s
	371s
	107s
A partir dos resultados obtidos no experimento e demonstrado no quadro a cima , pode-se constatar que a viscosidade está diretamente ligada a densidade , ou seja , aumentando-se a concentração da mesma , mais densa ela será , maior será o tempo de escoamento e portanto , mais viscosa será.
4.1 Aplicação dos resultados experimentais.
4.1.1 Citar alguns métodos de medida de viscosidade. E dizer qual o método empregado na experiência . Explique porque usou 10 ml em todas as determinações.
Podemos determinar a velocidade de muitas substâncias utilizando outros métodos, além do método de Ostwald (capilar ), empregado neste experimento . Podemos utilizar também o viscosímetro rotacional, viscosímetro de esfera de orifício etc.
Utilizou-se sempre 10 ml para que tivéssemos um volume padrão , pois , a incidência de volume , reflete gradualmente sobre a viscosidade, devido as forças adesivas.
4.1.2 Faça um modelo teórico mostrando um escoamento laminar de um líquido e a velocidade máxima no centro.
Quando a velocidade de um fluido, em qualquer ponto, é constante no tempo, o escoamento é dito estacionário ou permanente. Então, cada partícula que passa por um determinado ponto o faz sempre com a mesma velocidade. Em um outro ponto, as partículas podem passar com outra velocidade, mas aí, também, a velocidade é sempre a mesma.
Consideremos, agora, o escoamentode um fluido viscoso através de um tubo cilíndrico, com uma velocidade não muito grande, de modo que o escoamento é laminar e estacionário. A camada mais externa adere à parede e tem velocidade nula. A parede exerce sobre esta camada uma força de sentido contrário ao movimento do fluido e ela, por sua vez, exerce uma força de mesmo sentido sobre a camada seguinte, e assim por diante. A camada central tem a velocidade máxima. O escoamento do fluido é como o movimento de vários tubos encaixados, cada qual deslizando com velocidade maior que o vizinho externo.
Assim, a velocidade de uma dada camada cilíndrica do fluido é diretamente proporcional ao gradiente de pressão e inversamente proporcional ao coeficiente de viscosidade. Ainda, a velocidade das partículas do fluido é máxima em r = 0 (no centro do tubo), diminuindo até zero em r = R (junto às paredes).
4.1.3 A viscosidade determinada pelo viscosímetro de Ostwald é absoluta ou relativa ? E por quê?
Viscosidade Relativa , porque para obtê- la são medidos no viscosímetro os tempos de escoamento de volumes iguais do líquido em estudo e da água em uma dada temperatura. Sendo determinada através da sua densidade absoluta e a da água.
4.1.4 Qual a influência da temperatura sobre a viscosidade de um fluido (líquido e gás). Explicar de acordo com a equação:
O efeito da temperatura sobre o coeficiente de viscosidade de um fluído difere notadamente segundo o estado físico (líquido ou gás). Nos gases, a viscosidade aumenta com a temperatura, mas nos líquidos diminui marcadamente com a elevação da temperatura enquanto que a fluidez aumenta.
A relação dos coeficientes de viscosidade dos líquidos com a temperatura á dada pela equação de Carrancio , obtem-se : 
 
A partir dessa equação pode-se obter uma reta, lançando ln em função de 1/ T.
	
4.1.5 Que dados são necessários para calcular a viscosidade do líquido utilizando o viscosímetro de Ostwald.
- Coeficiente de viscosidade dinâmica (
-Massa específica (
-Tempo de escoamento (t)
4.1.6 Comentar a determinação da viscosidade por meio do viscosímetro de Ostwald.
O viscosímetro de Oswald, 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 na vazão do fluído de viscosidade conhecida, geralmente água, e o de um fluído de viscosidade desconhecida. Neste caso a equação usada é :
onde d1 e d2 são as densidades dos fluídos conhecido e desconhecido, respectivamente e t1 e t2 são os tempos correspondentes para que escoem volumes iguais dos líquidos. A precisão na operação com este viscosímetro depende do controle das variáveis temperatura, tempo, alinhamento vertical e volume da substância estudada.
4.1.7 Discuta o efeito de modificação da estrutura molecular sobre a viscosidade dos líquidos.
A viscosidade é uma propriedade física que os objetos em geral possuem de resistir a variações na forma física. Ela é causada, em grande parte, pelas interações intermoleculares; quanto mais intensas forem estas forças, mais viscoso será o material .Tanto as interações permanentes dipolo-dipolo, quanto às forças de Lundu afetam a viscosidade assim como a temperatura. Outro fator importante é a facilidade com que as moléculas de uma substância se entrelaçam uma com as outras. É de se esperar que moléculas de peso molecular mais elevado tenham uma resistência maior ao escoamento como se observa nos derivados do petróleo.
4.1.8 Calcular a viscosidade da água destilada.
O = poise
4.1.9 Calcule as viscosidades dinâmica, relativa e cinemática das soluções de sacarose nas diferentes concentrações e do álcool etílico e da acetona.
Para o cálculo da viscosidade dinâmica utilizamos a seguinte equação :
· Para a concentração de sacarose ( 10%) :
· Para a concentração de sacarose (20%):
· Para a concentração de sacarose (30%) :
· Para a concentração de sacarose (40%):
· Para o álcool PA:
· Para a acetona : 
Para o cálculo da viscosidade relativa utilizamos a equação :
· Concentração de sacarose (10%) :
· Concentração de sacarose (20%):
· Concentração de sacarose (30%): 
· Concentração de sacarose(40%):
· Álcool PA:
· Acetona:
Para calcular a viscosidade cinemática utilizamos a equação :
· Concentração de sacarose(10%):
· Concentração de sacarose (20%):
· Concentração de sacarose (30%):
· Concentração de sacarose (40%):
· Para o Álcool PA :
 Stokes
· Para a Acetona:
4.1.10 Conhecendo-se os valores da viscosidade relativa e densidade absoluta (prática 1) das soluções de sacarose, construa um gráfico com viscosidade na ordenada e densidade na abscissa.
Verificamos que quanto maior a viscosidade de uma substância , mais densa ela é em relação a sua concentração.
4.1.11 Comparar o resultado obtido para a viscosidade dinâmica e comentar o erro obtido para o álcool e a acetona( Tabela 3.1).
Tabela 3.1- Viscosidade de alguns líquidos(centipoise)
	Temperatura(ºC)
	20
	25
	30
	Álcool etílico 
	1,200
	
	1,003
	Acetona
	0,345
	0,316
	0,295
	
	
	
	
Para a acetona :
· Interpolação : 
 25 ------ 0,316
28-------x
30-------0,295
· Transformando Centipoise em Poise:
1 poise ------100 centipoise
 X--------0,3034 centipoise 
100x= 0,3034
X= 0,003034
· Calculando o erro:
Erro = 
 
Para o Álcool PA :
· Interpolação : 20 -------30
20-------1,200 
28-------x
30-------1,003
-2,4+ 2x = -8x +8,024
 
 X= 1,0424
· Transformando Centipoise em Poise:
1 Poise ------100 Centipoise 
 X--------1,0424 Centipoise
100x =1,0424 
 
X= 0,0104 Poise 
· Calculando o Erro :
Erro = 
Considerações Finais
Através desta experiência foi possível verificar a viscosidade de líquidos utilizando o viscosímetro de Ostwald . O experimento em questão permitiu-se obter, através das equações de escoamento laminar, os coeficientes de viscosidade de líquidos de concentrações diferentes, baseados nas suas densidades e tempo de escoamento no viscosímetro.
	Os valores obtidos para a viscosidade , na temperatura ambiente de 28°C , foram condizentes com os tempos de escoamentos observados, em particular a solução de sacarose(40%) teve o tempo médio de escoamento mais longo , teve também o maior coeficiente de viscosidade. A seguir , temos a concentração de sacarose (30%), que teve o segundo maior tempo médio de escoamento e o segundo maior coeficiente de viscosidade . A acetona que teve o menor tempo de escoamento , também a que tem o menor coeficiente de viscosidade . Os resultados então acima apresentados condizem com o esperado , já que quanto maior a viscosidade do líquido , mais tempo deverá levar o escoamento .
Referências 
Viscosimetria .Disponível em < https://anselmo.quimica.ufg.br/up/56/o/FQExpServ_P4_viscosimetria.pdf > Acesso em : 23 de março de 2018.
Determinação da viscosidade de líquidos. Disponível em: < http://www.qmc.ufsc.br/~m inatti/docs/20051/exp3.doc >. Acesso em: 23 de Março de 2018.
VISCOSIDADE: Viscosímetro de Ostwald. Disponível em: < http://www.fcfrp.usp.br/df q/Fisica/Guia%20Viscosidade/09-Viscosidade.pdf>. Acesso em: 23 de Março de 2018.
Viscosidade Cinemática. Disponível em: < http://paginas.terra.com.br/servicos/hidrotec/ta bvisc.htm>. Acesso em: 23 de Março de 2018.