viscosimetría

5/10/2018 Viscosimetr a - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/viscosimetria 1/7

UNIVERSIDAD DE CHILEFacultad de CienciasDepartamento de QuímicaCarrera de Licenciatura en Ciencias mención Química.

LABORATORIO N° 2“Viscosimetría”

Octavio Cadet

[email protected] Nicolás Farías Rabelo

[email protected]

Álvaro [email protected]

Marcelo [email protected]

13 de Abril de 2011

Enviado a [email protected]

mailto:[email protected]










2-Resumen

Se introdujo en el viscosímetro diversas soluciones de sacarosa. Se tomo el tiempo de demora en bajar desde un menisco a otro y se registraron los datos. Todo el sistema inmerso en un baño a determinadatemperatura. Con esto se procedió a sacar las viscosidades absolutas y relativas para cada especie. Por medio de la realización del grafico de viscosidad reducida versus concentración se obtuvo que cuando la

concentración tiende a cero, el valor de la viscosidad intrínseca es 2,15.

3-Introducción

La viscosidad es la oposición que presenta un fluido frente a la aplicación de una fuerza, la cuales una constante en la cual hay una proporcionalidad entre la fuerza friccional existente entre dos capasde fluido adyacente a velocidades distintas y la superficie de contacto y la gradiente de velocidad.

El coeficiente de viscosidad, η, se puede escribir como

18

Pr 4

V

t π η = (1)

El conjunto característico de variables de un viscosímetro se pueden agrupar en una variablellamada K, pero para mediciones hechas en un mismo viscosímetro

dt K absoluta '=η (2)

con d como la densidad y t el tiempo que demora la solución en pasar por el capilar. A esto le llamamosviscosidad absoluta.

Para calcular K’ despejamos la ecuación (2) y reemplazamos los datos de la muestra quecontenía solo agua, de modo que queda

aguaagua

agua

ímetrovist

K +

=

ρ

η

cos' (3)

Se puede medir la viscosidad de dos fluidos al comparar el tiempo de cada muestra y sudensidad, la cual, se puede calcular a partir de la viscosidad absoluta y la viscosidad del agua

O H

absolutarelativa

2η

η η = (4)

La viscosidad específica se calcula a partir de la ecuación (4)

1−=

relativaespecífica

η η

(5)

La viscosidad reducida se calcula con la ecuación (5)

[ ]iónconcentrac

específica

reducida

η η =

(6)

Donde ocupamos las concentraciones de las soluciones de sacarosa en unidades de g/dL. Con losdatos de la ecuación (5) se realiza un gráfico de viscosidad relativa v/s concentración de la cualobtenemos la ecuación de la recta; la viscosidad intrínseca corresponde al valor del intercepto con el ejede las ordenadas, cuando la concentración de la solución tiende a 0.



4- Parte Experimental

4a. Materiales:

- Viscosímetro- Pera de goma

- Manguera- Agua- Sacarosa

4b.Procedimientos

Se procede a lavar el viscosímetro con agua. Con la pipeta se agrega una solución de sacarosa al0%, o sea agua pura hasta completar la mitad del balón. Se bombea con la pera conectada al viscosímetro por una manguera, para que así la solución suba por el capilar por sobre el primer aforo. Luego se retira la pera y se toma el tiempo que demora la solución en bajar desde el primer al segundo aforo. Se registra eltiempo y se realiza dos veces cada operación. Al cambiar la solución se procede a lavar el viscosímetrocon la solución a medir.

Figura 1: Viscosímetro de Ostwald sumergido en un baño termorregulado.

4c.Resultados brutos obtenidos

Tabla 1.- Tiempos de escurrimiento de diferentes soluciones por el viscosímetro.

Solución Medición 1 [s] Medición 2 [s] Tiempo Promedio [s]

Agua 122 119 120.5Sacarosa 1% 110 109 109.5Sacarosa 3% 114 114 114Sacarosa 6% 121 118 119.5Sacarosa 9% 134 135 134.5Sacarosa 12% 153 151 152



5- Análisis de los datos

32

2

( , 25 ) 0,9972

( , 25 ) 0,8900

g H O C

cm

H O C mPa s

ρ

η

° =

° = ⋅

3

0,8900'

(0,9972 120,5 )

mPa s K

g s

cm

⋅=

⋅

3

' 0,000741 mPa cm K g

⋅=

Con el valor obtenido de la constante y utilizando los valores de densidad para las diferentessoluciones de sacarosa y los valores obtenidos para el tiempo de elución de cada una de las muestras en elviscosímetro (Tabla I), utilizamos la ecuación (2) y calculamos la viscosidad absoluta de las diferentes

soluciones.

Tabla II: Densidades y viscosidades absolutas de las soluciones de sacarosa a 25°C.

Solución Densidad (g/cm3) Viscosidad Absoluta (mPa*s)

Sacarosa 1% 1.0021 0.8131

Sacarosa 3% 1.0099 0.8531

Sacarosa 6% 1,0218 0.9048

Sacarosa 9% 1.0340 1.0305

Sacarosa 12% 1.0465 1.1787

Con los datos de la Tabla II y el valor de la viscosidad del agua pura a 25°C (usado en el cálculode K’) calculamos las viscosidades relativas de las soluciones de sacarosa con la relación (4).

Tabla III: Viscosidades relativas de las soluciones de sacarosa a 25°C

Solución Viscosidad Relativa

Sacarosa 1% 0.9136

Sacarosa 3% 1.0492

Sacarosa 6% 1.0606

Sacarosa 9% 1.1390Sacarosa 12% 1.1438

Con los valores de la Tabla III y la relación (5) calculamos la viscosidad específica.

Tabla IV: Viscosidades específicas de las soluciones de sacarosa a 25°C

Solución Viscosidad Específica

Sacarosa 1% -0.0864

Sacarosa 3% 0.0492

Sacarosa 6%0.0606

Sacarosa 9% 0.1390



Sacarosa 12% 0.1438

Con los datos de la Tabla IV y la relación (6) calculamos la viscosidad reducida.

Tabla V: Concentraciones en masa y viscosidades reducidas de las soluciones de sacarosa a 25°C

Solución Concentración en masa (g/dL) Viscosidad Reducida

Sacarosa 1% 0.01 1.9240

Sacarosa 3% 0.03 2.7432

Sacarosa 6% 0.06 3.0056

Sacarosa 9% 0.09 3.1329

Sacarosa 12% 0.12 3.2902

Con los datos de la Tabla V se confeccionó el siguiente gráfico utilizando el software OriginPro 8:

Figura 2: Gráfico de viscosidad reducida versus concentración

El gráfico arrojo una pendiente y = 10.75X + 2,15. Como se observa en las ecuaciones cuando laconcentración tiende a cero nos indicara el valor de la viscosidad intrínseca, en este caso 2,15.

6.- Discusión

La viscosidad de un líquido depende de varios factores. En esta sesión de laboratorio observamoscómo varía la viscosidad al cambiar la composición de una solución, esto ocurre debido a que el aumentodel número de moléculas de soluto (en este caso, de sacarosa), provoca un aumento en las interacciones

moleculares y por consiguiente generan una mayor resistencia de la solución a fluir.Otro factor importante que influye en la viscosidad es la temperatura, para el caso de los líquidosésta disminuye al aumentar la temperatura, mientras que para los gases la viscosidad aumenta junto con



un aumento en la temperatura. Debido a esto es esencial que para poder medir con precisión la viscosidadde las distintas soluciones el viscosímetro deba colocarse en un baño termorregulado para mantener latemperatura constante. La explicación al hecho de que a mayor temperatura disminuye la viscosidad enlos líquidos, mientras que en un gas aumenta la viscosidad con la temperatura, se debe a que lasmoléculas del líquido poseen una entropía menor que la de un gas, por lo que las fuerzas cohesivasintermoleculares que se forman son bastante grandes y se produce una resistencia al movimiento entre las

capas adyacentes de líquido. Por otro lado, en un gas la entropía es mucho mayor que la de un líquido ylas fuerzas intermoleculares son casi despreciables (en comparación con un líquido), debido a esto laviscosidad de un gas proviene de que la resistencia al movimiento entre capas adyacentes viene dado por el movimiento aleatorio de las moléculas desde un lugar donde hay menos cantidad de ellas a un lugar donde hay más, y como la cantidad de movimiento de las moléculas de un gas depende de la temperatura,se desprende que a mayor temperatura existirá una mayor resistencia al movimiento de las moléculas.

La dependencia de la viscosidad con respecto a la concentración es debido a que las moléculasde soluto aportan una superficie de contacto adicional entre las capas de líquido, que en el caso de esteexperimento, se debe a la formación de puentes de hidrógeno entre el agua y la sacarosa. Como la formadel soluto afecta directamente la forma en que interactúa el soluto con el solvente, es posible inferir agrandes rasgos la forma molecular de la sacarosa a partir de la viscosidad intrínseca hallada. Debido a queel valor de la viscosidad intrínseca hallado es de 2,15, no se puede determinar verazmente la forma de lamolécula ya que el límite para la determinación de la forma molecular se encuentra en 2,5. Sin embargo,

como conocemos la molécula de sacarosa (Figura N°3), podemos considerar que su forma molecular aproximada corresponde a la de un prolato. Esta forma permite una mayor interacción con otrocomponente de la solución (ya sea la superficie del viscosímetro, una molécula de solvente u otramolécula de sacarosa), lo cual aumenta viscosidad si la concentración aumenta, debido a que la forma deoblato tiene una mayor superficie de contacto que un prolato.

O

O

H

H

H

OH

OH

H OH

H

OH

OOH

H

OH

OH

H

OH

OH

Figura N°3: Molécula de sacarosa.

Al igual que con otras magnitudes físicas, en la medición de la viscosidad es útil utilizar unareferencia que nos permita predecir de cierta manera el comportamiento que otro fluido va a tener. Es por esto que se calcula la viscosidad relativa de un fluido, con respecto a la viscosidad dinámica del agua. Laviscosidad dinámica del agua, a 25°C es de 0,8900 mPa∙s, aunque por lo general, se considera laviscosidad dinámica del agua a 20°C, la cual es de 1,002 mPa∙s.

7- Conclusiones

• La viscosidad es una propiedad, tal como quedó demostrado en este práctico, que estádirectamente relacionada con la concentración de moléculas en la solución, e inversamenterelacionada con la temperatura, esto sólo se aplica a los líquidos.

• Se puede determinar la forma macromolecular a partir de la viscosidad intrínseca de la solución,con la determinación de un factor (ν) el cual se relaciona también con el volumen especifico dela molécula.

• La formación de puentes de hidrogeno afecta las interacciones intermoleculares, lo queclaramente influyó en la viscosidad, haciéndola mayor, a medida que aumentaba laconcentración de soluto.

8- Referencias

• CASTELLAN, G. W., Fisicoquímica, capítulo 35, 2 ª Edición, 1987.



• ATKINS, P. y DE PAULA, J. Química Física, “Sección de Datos”, 8ª Edición, 2008.

viscosimetría

Documents