RELATÓRIO DO EXPERIMENTO 4: DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE VISCOSIDADE DE LÍQUIDOS FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CENTRO DE CIÊNCIAS FÍSICAS E MATEMÁTICAS
PROFESSOR NITO ANGELO DEBACHER
CURSO DE FARMÁCIA 
TURMA A - GRUPO 4
RELATÓRIO DO EXPERIMENTO 4: DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE VISCOSIDADE DE LÍQUIDOS FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL 
Alunos: Anna Maria Souza (19200089), Giovana Jover Campos (19200100), Ketlen Keitty de Moura Walczynski (19200110), Vanessa Maria Correa (19100203) e Vitória Maria Vito (20100204).
1. INTRODUÇÃO
De acordo com Sousa (2016) "A viscosidade é a propriedade de um fluido que se refere a sua capacidade de fluir e escorrer", podendo ser interpretada, portanto, como a resistência de um fluído ao escoamento. A medida desta propriedade dá-se a partir de um teste físico que pode ser aplicado a variados líquidos puros e também a preparações líquidas e semi-sólidas. A viscosidade está relacionada a fluidez, a velocidade de cisalhamento do fluido sobre ele mesmo e ao tixotropismo das amostras analisadas, podendo ainda ser variável ou não, dependendo da natureza do fluido.
Segundo Moore (1976), um dos métodos mais adequados para aferir a viscosidade é através da velocidade de escoamento através de tubos cilíndricos, destacando para tanto dois métodos diferentes de medição, através do viscosímetro de Ostwald e do viscosímetro de Höppler, sendo que um destes possibilita o cálculo da viscosidade relativa e o outro da viscosidade absoluta. Ambos são deduzidos a partir de fórmulas, usando de valores que são obtidos experimentalmente, cujos formatos e valores obtidos serão descritos neste presente trabalho.
 
2. OBJETIVO
Determinar o coeficiente de viscosidade de líquidos de baixa viscosidade empregando os viscosímetros de Ostwald e Höppler.
3. Parte experimental
3.1 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. 
3.2 Procedimento
 Inicialmente o grupo preparou 100 mL de uma solução de sacarose a 10 % massa/volume. Posteriormente foi estabelecida a densidade de líquidos através do uso do picnômetro, seguindo os passos abaixo:
 i) Determinação do volume do picnômetro por meio da relação: d = m/v, onde d = densidade; m = massa; v = volume.
 ii) Foi realizada a pesagem do picnômetro seco com a tampa, depois preenchemos com água até derramar, colocamos a tampa, secamos o picnômetro e pesamos novamente.
 iii) Após, para calcularmos a densidade da solução de sacarose, preenchemos o picnômetro com uma solução de açúcar até derramar, colocamos a tampa, secamos por fora e pesamos.
 Abaixo estão os dados obtidos:
 Peso do picnômetro vazio = 31,010 g 
 Peso do picnômetro cheio de água = 80,906 g 
 Peso do picnômetro cheio com solução de sacarose 10% = 82,989 g
 Volume do picnômetro: (80,906 g - 31,010 g)/1gcm3 = 49,896 mL
3.2.1 Viscosímetro de Ostwald
 Em primeiro lugar enxaguamos o viscosímetro com água para depois averiguar as medidas. Colocamos cerca de 4 mL de água no viscosímetro pelo tubo 1 e manipulamos o pipetador para sugar o liquido pelo tubo 2. Deixamos o líquido escoar livremente. Após o procedimento foi repetido e a água descartada.
 Para medir a viscosidade colocamos cerca de 8 mL de água no viscosímetro e a deixamos preencher parcialmente o bulbo (A), colocando cuidadosamente e evitando bolhas durante as medidas, após, usamos um pipetador para sugar o líquido até o bulbo (C) no tubo 2.
 O pipetador foi removido e a água escoou livremente, cronometramos o tempo necessário para que ela escorresse entre as marcas (m) e (n). fizemos 3 medidas para obter a média. Finalizado tudo, lavamos o viscosímetro.
3.2.2 Viscosímetro de Höppler 
 Para iniciar, enxaguamos o tubo interno do viscosímetro com água. Foi fechada a extremidade inferior, colocamos cerca de 4 mL de água, fechamos a extremidade superior e giramos o viscosímetro sobre o suporte. Após, o líquido foi descartado.
 Fechamos a saída inferior do tubo interno do viscosímetro e enchemos completamente o tubo com água.
 Colocamos uma esfera de vidro, que é a adequada para a água, e anotamos o tempo de queda entre as marcas A e B no viscosímetro. Fizemos mais duas determinações para obter a média, para isso bastou que se fechasse a parte superior do tubo e girasse o viscosímetro sobre o próprio suporte, observando sempre para que as medidas fossem feitas sempre na mesma direção da queda da esfera e se não havia bolhas interferindo na queda da esfera. Finalizado tudo a esfera foi retirada e o viscosímetro lavado.
4. Questionário
4.1. Determine a densidade (d) da solução de sacarose e calcule o erro experimental.
densidade (d) = massa/volume
massa do picnômetro vazio: 31,010 g
massa do picnômetro com solução de sacarose 10%: 82,989
massa do picnômetro com água: 80,906 g
d = massa sacarose/volume picnômetro
massa sacarose: massa picnômetro com sacarose - massa picnômetro vazio 
massa sacarose: 82,989g - 31,010g = 51,979g
volume do picnômetro: massa da água/ densidade da água
v = (80,906g - 31,010g)/ 1 gcm3 = 49,896mL
d = 51,979/49,896 = 1,041746833 gcm3
Erro experimental: [(valor experimental - valor teórico)/ valor teórico] x 100
[(1,041746833 - 1,04)/ 1,04] x 100 = 0,167964711%
4.2 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.
d1 = densidade sacarose
t1 = média dos tempos de escoamento da sacarose
t1 = (45,60s + 45,88s + 46,40s)/3 = 45,96s
d2 = densidade da água pura
t2 = média dos tempos de escoamento da água pura
t2 = (35,75 s + 36,19 s +35,59 s)/3 = 35,84s
ηrel = N1/ N2 = (d1).t1/(d2).t2
ηrel = (1,041).(45,96)/(1,0).(35,84)
ηrel = 1,334
O tempo de queda da esfera é maior na solução de sacarose quando comparado com a água pura. Sendo assim, a solução de sacarose possui uma viscosidade maior. Resultados de viscosidade relativa maiores que 1, mostram que a substância (sacarose) interfere no líquido padrão (água), quanto maior o aumento, maior a interferência na viscosidade.
4.3. Determine para o método de Höppler a viscosidade relativa à água e a viscosidade cinemática (v = N/d) para a solução de sacarose. Discuta os resultados e calcule o erro experimental.
K = cte específica da esfera = 0,013399 mPcm3 
ds = densidade da esfera = 2,226 g/cm3
d1: densidade sacarose = 1,041 g/cm3
t1 = tempo de escoamento da esfera (seg) na solução de sacarose
t1 = (76,16s + 75,15s + 75,14s)/3 = 75,48
d2 = densidade da água pura
t2 = tempo de queda da esfera (seg) na água pura
t2 = (55,51s + 55,98s + 55,51s)/3 = 55,66s
viscosidade relativa da água:
ηrel = (ds - d1)t1/ (ds - d2)t2
ηrel = (2,226 - 1,041).75,48/ (2,226 - 1).55,66
ηrel = 89,44/ 68,23
ηrel = 1,31
viscosidade cinemática para a solução de sacarose:
Para o cálculo da viscosidade cinemática, precisamos da viscosidade absoluta:
η = t(ds - d1)K
η = 75,48.(2,226 - 1,041).0,013399
η = 1,198 mPas.s
Agora, com o resultado, calculamos a viscosidade cinemática:
V = η/d
V = 1,198/ 1,041 = 1,15 cm2/s
Erro experimental:
Para o cálculo do erro experimental da viscosidade cinemática da sacarose, usamos valores tabelados da densidade, de 1,04 g/cm3 da viscosidade cinemática teórica, 1,294 mPa.s. 1,294/1,04 = 1,244cmm2/s. O erro experimental é calculado pela razão da diferença entre o valor experimental e o teórico pelo valor teórico, e o resultado multiplicado por 100.
Erro experimental: V = [(1,15 - 1,244)/1,244] x 100 = 7,55%
4.4. Determine, para o método de Höppler a viscosidade absoluta dos líquidos (água e solução de sacarose). Discuta os resultados e calcule o erro experimental.
ηexp = t(ds -dL)K
Água: ηexp = 55,66 x (2,226 - 1,0) x 0,013399
 ηexp = 55,66 x 1,226 x 0,013399
 ηexp = 0,914 mPas
Sacarose: ηexp = 75,48 x (2,226 -1,041) x 0,013399
 ηexp = 75,48 x 1,185 x 0,013399
 ηexp= 1,198 mPa.s
Utilizamos os valores do item 4.3 para chegar aos valores de viscosidade absoluta dos líquidos água e solução de sacarose, através da fórmula: ηexp = t(ds -dL)K.
Erro experimental:
Água: [(0,914 - 0,890/0,890) x 100] x 100 = 2,69%
Sacarose: [(1,198 - 1,294)/ 1,294] x100 = 7,41%
O erro experimental é calculado a partir da razão da diferença do valor experimental para o teórico pelo valor teórico, o resultado multiplicado por 100.
4.5. 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: A viscosidade relativa é a razão entre a viscosidade absoluta do líquido escolhido e a viscosidade absoluta de um líquido referência, assim ambos na mesma temperatura. Nesse experimento foi escolhido uma solução de sacarose e o líquido de referência foi a água em temperatura de 25° C.
b) viscosidade específica: A viscosidade específica é a relação de diferença de viscosidade entre a solução (solução de sacarose) e do solvente puro (água), assim indicando a diferença na viscosidade da solução na presença do polímero, definido como ηsp = ηrelativa – 1
c) viscosidade reduzida: A viscosidade reduzida é a razão entre viscosidade específica com a concentração, assim definida por um gráfico de viscosidade específica x concentração. Definido pelo cálculo ηred = ηsp/c.
d) viscosidade intrínseca: A viscosidade intrínseca é uma medida do volume hidrodinâmico das macromoléculas na solução e é fornecido pela extrapolação da viscosidade, reduzida para concentração da solução, assim indicando o ganho de viscosidade por unidade de concentração do polímero, onde na situação ideal na qual as moléculas apresentam comportamento independente uma das outras.
4.6 Discuta a relação entre viscosidade e densidade para um sistema em fase líquida.
Viscosidade e densidade dadas como substância, não possuem relação, uma vez que encontram-se no estado líquido, podem exibir concentrações divergentes. A viscosidade é a propriedade física que caracteriza a resistência de um fluído, assim correspondendo ao atrito interno nos fluidos devido às interações intermoleculares. A densidade é a relação entre a massa de um material e o volume por ele ocupado.
4.7. Assista ao Vídeo https://www.youtube.com/watch?v=dH57MeFIvu4 discuta os experimentos apresentados.
O vídeo nos mostra um experimento produzido por alunos de mecânica dos fluidos da UNIBH, o objetivo do experimento era analisar e calcular a viscosidade de fluidos, no qual foram usados os equipamentos, balança, cronômetro digital, paquímetro digital, ímã, proveta graduada, esfera metálica, já os fluidos utilizados foram, detergente, óleo de soja, álcool e gel, shampoo e glicerina. Primeiro passo foi feita a coleta dos dados sobre a proveta e a esfera medindo suas massas e diâmetro da esfera, para cálculos futuros. Segundo passo, foram medidas todos os respectivos fluidos na proveta de 100ml. Logo em seguida de forma manual foram realizados os experimentos, em que foi largado a esfera na proveta e adicionando o cronômetro foi analisado o tempo que a esfera tocou no fundo de cada um dos respectivos fluidos, com isso foi possível calcular as medidas de tempo e velocidade média da esfera no percurso. Por fim foi feito uma última medida de tempo, assim apurada por vídeo para que possa observar e ter os dados mais precisos, assim concluindo que o detergente era o líquido mais viscoso e o shampoo o menos viscoso.
5. CONCLUSÃO
O relatório discorre sobre uma importante ferramenta à profissão farmacêutica, o domínio do conceito físico-químico de viscosidade. Todas as formulações industriais, que perpassam os medicamentos em géis, cremes e emulsões e atingem também cosméticos, itens de perfumaria e suspensões orais têm suas próprias viscosidades, que como demonstrado a partir de cálculos anteriores, afeta o comportamento de determinadas substâncias.
Ambos os métodos discutidos neste presente trabalho são eficientes na dedução da viscosidade de substâncias, e por isso são válidas ferramentas. Cabe, portanto, a cada laboratório e a cada profissional que utilizará da ferramenta entender a que melhor se aplica.
A partir dessas ferramentas foi possível adquirir dados consistentes, sem erros significativos, que permitiram avaliar a viscosidade de diversos fluídos.
REFERÊNCIAS:
MOORE, Walter J. Físico-Química: volume 2. 4. ed. São Paulo: Blucher, 1976. 857 p.
SOUSA, Emílio Vieira de. Fundamentos de Físico-Química Aplicados. Pernambuco: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Pernambuco, 2016. Disponível em: https://www.ufsm.br/app/uploads/sites/413/2018/12/arte_fundamentos_fisico_quimica_aplicados.pdf. Acesso em: 04 fev. 2021
Florence, A.T, Attwood, D., Princípios Físico-Químicos em Farmácia; tradução, USP, Vol. 3, 2003.
Paulo A. Netz, George G. Ortega, Fundamentos de Físico- Química - Uma abordagem conceitual para as ciências farmacêuticas. Cap 8, Artmed, 2002.
Alfred N. Martins, Princípios de Físico- Química para Farmácia y Biologia. Cap 18.