LÍQUIDOS: DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE I. 1. Introdução

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1 LÍQUIDOS: DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE I 1. Introdução No estado líquido as moléculas estão mais próximas uma das outras e entre elas existem forças atrativas. Para um líquido fluir suas moléculas devem ser capazes de deslizar uma sobre as outras. Todo líquido oferece uma resistência a fluir, esta resistência ou fricção interna se mede pela viscosidade do líquido. Assim a viscosidade de um líquido determina a sua velocidade de fluxo. Em geral, líquidos mais viscosos fluem mais lentamente e devem apresentar forças de atração mais intensas entre as moléculas. O coeficiente de viscosidade de líquido, ou, simplesmente, viscosidade de um líquido é definido como força necessária para deslocar um plano de área unitária com velocidade unitária, em relação a outro plano paralelo situado à distância unitária, sendo o espaço entre eles ocupado pelo líquido em estudo. Consideremos um líquido no interior de um tubo circular, as moléculas se dispõem em camadas concêntricas cilíndricas. A viscosidade é a resistência que sofre uma camada de líquido para moverse em relação à outra camada vizinha. Ao fluir, ao longo de um tubo, as camadas movem-se com velocidades diferentes que aumentam da periferia para o centro, a velocidade aumenta à medida que ficam próximas do eixo do cilindro. Esta forma de escoamento é conhecida como escoamento laminar. Diversos fatores afetam a viscosidade de um fluido: a) líquido puro: natureza química (moléculas polares e apolares), tamanho e forma das moléculas, b) solução: adição de soluto sobre a viscosidade de um líquido. c) temperatura. Há vários métodos de determinação do coeficiente de viscosidade de líquidos. A maioria consiste na determinação das velocidades de escoamento do líquido através de um tubo capilar ou da queda de um corpo esférico através do líquido, utilizando as leis de Poiseuille e de Stokes, respectivamente. Esses métodos são empregados apenas para líquidos de escoamento laminar. Será utilizado, nesta prática, o Viscosímetro de Ostwald (Figura 1), no qual observa-se o tempo gasto para o líquido fluir de um reservatório superior de volume definido passando por tubo capilar para um reservatório inferior, sob a influência da gravidade. A medida direta da viscosidade absoluta é muitas vezes difícil de ser feita. O procedimento usual é a determinação de sua viscosidade em relação à viscosidade de uma substância de referência, numa dada temperatura. é o líquido mais utilizado como referência. Pela equação de Poiseuille temos: r 4 g h t (01) 8 V l Sendo: = coeficiente de viscosidade (letra grega eta) t = tempo gasto para o líquido fluir = densidade do líquido r e l = raio e comprimento do capilar V = volume do reservatório superior

2 h = diferença de altura das superficies do líquido nos reservatórios g = aceleração da gravidade Para obter a viscosidade relativa de um líquido basta medir os tempos de escoamento do líquido e da água no mesmo viscosímetro, mantendo o volume e a temperatura. Os termos r, g, h, V e l da equação (01) são os mesmos para ambos os líquidos, então a razão entre as viscosidades do líquido (1) e da água (2), é dada pela equação: 1 1 t 1 (02) 2 2 t2 As unidades de viscosidade estão descritas na Tabela 1. TABELA 1: Unidade de viscosidade dada segundo os sistemas mais comuns. Viscosidade Absoluta () Sistema CGS Sistema SI nome Símbolo Descrição Nome símbolo Poise P g.cm -1.s -1 pascal.segundo Pa.s centipoise cp 10-2 gcm -1 s -1 milipascal.segundo mpa.s 1cp = 1mPa.s Este trabalho prático tem como objetivos determinar o coeficiente de viscosidade de vários líquidos pelo método de viscosímetro de Ostwald; comparar e discutir os fatores que afetam a viscosidade dos líquidos. 2. Materiais e reagentes Viscosímentro de Ostwald Cronômetro Termômetro Tubo de borracha Seringa ou pera Pipeta de 10 ml Balões de 50 ml água destilada acetona hexano ciclohexano etanol n-propanol

3 3. Procedimento Experimental Colocar no viscosímetro, limpo e seco, com uma pipeta e através do tubo de maior diâmetro uma quantidade de 10 ml de água, tal que, quando vier a ocupar o volume delimitado pelas marcas (m) e (n) do bulbo B, tenha a sua superfície no terço inferior do bulbo C. Este bulbo como pode ser observado, tem volume maior que o delimitado pelas marcas (m) e (n). Adaptar ao braço de menor diâmetro do viscosímetro um pequeno tubo de borracha conectado a uma seringa e aspirar, lentamente, com auxílio desta, o líquido até a metade do bulbo C. Desconectar a seringa do tubo de modo a permitir o escoamento livre do líquido. Marcar o tempo gasto para o menisco superior passar sucessivamente pelas duas marcas de calibração (m) e (n). Fazer 3 determinações deste tempo. Repetir, no mesmo viscosímetro depois de limpo e seco o procedimento usando o solvente orgânico, tendo o cuidado de empregar volume igual ao da água. 4. Apresentação dos resultados e discussão Os valores dos tempos de escoamento devem ser anotados na Tabela 1. TABELA 1: Valores dos tempos de escoamentos da água e dos compostos orgânicos utilizados, suas densidades. Tempo de escoamento / segundo / g.ml -1

4 Grupo Líquidos 1 a medida 2 a medida 3 a medida 1 Acetona 2 Etanol 3 n-propanol 4 Hexano 5 Ciclo-hexano NOTA: temperatura = 1- Calcular a viscosidade dos líquidos estudados utilizando a equação Comparar os resultados obtidos com os fornecidos na literatura e calcular o erro relativo (%). 3- Os líquidos utilizados no experimento são puros. Analisar os resultados obtidos levando em conta a natureza química das moléculas, o tamanho e a forma. TABELA 2: Valores de viscosidade dos líquidos, massa molar e densidade Líquidos Acetona n- hexano Ciclo- hexano Metanol Etanol 1 propanol Fórmula estrutural Viscosidade/ mpa s Experimental Tabelada (... o C) (25 o C) Erro % OBSERVAÇÃO: Nas tabelas 5 e 6 (Anexo) encontramos valores de alguns parâmetros que foram compilados da literatura e que serão úteis nos cálculos. 4- Colocar nos eixos de coordenadas cartesianas os valores dados na Tabela 3, em Y, os valores de viscosidade e, em X, a massa molecular dos álcoois da série homóloga (RCH 2 OH). Interpretar o resultado discutindo as interações intermoleculares. Colocar, também, o ponto correspondente à água e discuti-lo.

5 ANEXO Tabela 5: Valores de viscosidade a 25 o C, densidade a 20 o C e massa molar de alguns compostos. Líquidos / mpa s MM/g mol -1 / g.ml -1 Acetona 0,327 56,08 0,7899 n- hexano 0,326 86,17 0,6603 Ciclo hexano 0,660 84,16 0,7785 Metanol 0,597 32,04 0,7914 Etanol 1,200 46,07 0, propanol 2,256 60,11 0, butanol 2,948 74,12 0, pentanol 3,619 88,15 0, hexanol 4, ,18 0, heptanol 5, ,21 0,8219 1,005 18,02 0,9982 Tabela 6: Valores de viscosidade, densidade a várias temperaturas da água. t / o C n/mpa s / g.ml -1 t / o C n/mpa s / g.ml ,0 1,053 0, ,0 0,9111 0, ,0 1,027 0, ,0 0, ,0 1,005 0, ,0 0,8705 0, ,0 0,9779 0, ,0 0,8513 0, ,0 0,9548 0, ,0 0,8327 0, ,0 0,9325 0, ,0 0,8148 0,9960

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