PRÁCTICA 1 VISCOSIDAD POR EL MÉTODO DE OSTWALD 1. INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN..La viscosidad es la propiedad de un fluido que se opone al movimiento relativo de capas adyacentes en el fluido. Estas fuerzas viscosas se deben a las fuerzas de atracc atracción ión que que exist existen en entre entre las las moléc molécula ulas s del del fluido fluido,, de forma forma que mient mientras ras mayores sean las fuerzas intermoleculares, mayor será la viscosidad y menor la movilidad del líquido. La viscosidad disminuye con el aumento de la temperatura, pues las partículas se mueven con mayor energía y pueden escapar con más facilidad de sus vecinas. gr
Las unidades de viscosidad viscosidad en el sistema cegesimal son
2 c m ∗seg ,llamadas
poise o centipoise centipoise cp!. En el sistema internacional internacional ".#!, la viscosidad viscosidad se expresa N ∗ s
en $a%seg que corresponde a
2
m
o
Kg m∗seg .
2. FUNDA FUNDAMEN MENTO TO TEÓR TEÓRIC ICO. O.-La visc viscos osid idad ad es lo cont contra rari rio o de la flui fluide dez, z, gene genera ralm lmen ente te se defi define ne como como resist resisten enci cia a al flu&o. flu&o. Los líqui líquido dos s y tambi también én los los gases! gases! pueden pueden fluir fluir,, es decir decir desplazarse una porción respecto a otra .Las fuerzas de co'esión entre moléculas origina originan n una resisten resistencia cia interna interna a este desplaz desplazamie amiento nto relativ relativo o denomina denominado do viscosidad.
Fluidos N!"o#i$#os.El fluido ne(toniano carece de propiedades elásticas, es incompresible, isotrópico e irreal) irreal) aunque aunque muc'os muc'os fluidos fluidos reales reales ofrecen ofrecen un comporta comportamien miento to similar similar al ne(toniano dentro de un rango de gradientes. *umplen con la ley de +e(ton de la viscosidad, por lo tanto, la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación es lineal.
Fluidos #o N!"o#i$#os.-
n fluido no ne(toniano es aquél cuya viscosidad resistencia a fluir! varía con el gradiente de tensión que se le aplica, es decir, se deforma en la dirección de la fuerza aplicada. *omo resultado, un fluido no-ne(toniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido ne(toniano.
El me&or e&emplo de este tipo de fluidos es el agua en contraposición al pegamento, la miel o los geles y sangre que son e&emplos de fluido no ne(toniano. n buen nmero de fluidos comunes se comportan como fluidos ne(tonianos ba&o condiciones normales de presión y temperatura/ el aire, el agua, la gasolina, el vino y algunos aceites minerales. En esta práctica estudiaremos los fluidos +e(tonianos. El método de 0st(ald se aplica a estos fluidos.
M%"odo d Os"!$ld.Este método consiste en medir el tiempo que tarda en fluir por el capilar *, el líquido contenido entre las marcas 1a2 y 1b2. La viscosidad relativa de una sustancia medida en el viscosímetro de 0st(ald es con respecto al agua a la temperatura del experimento. $ara determinar la viscosidad relativa de un líquido a una cierta temperatura, se debe determinar el tiempo de flu&o de un volumen dado de líquido y el tiempo que tarda en fluir el mismo volumen de agua a igual temperatura, en el mismo viscosímetro. La presión $ no es la misma, depende de la presión 'idrostática del líquido, la cual para alturas idénticas depende nicamente de sus densidades. *onocida la viscosidad relativa se debe
multiplicar por la viscosidad del líquido de referencia o tipo agua para los líquidos!.
Vis&osid$d d los l'(uidos. La viscosidad de un líquido puede ser determinado su velocidad de flu&o a través de un bulbo capilar. $ara el volumen v! de un líquido que fluye a través de un tubo capilar de radio r, longitud L, en un tiempo t, ba&o una diferencia de presión $) su viscosidad + es expresada mediante la ecuación de $oiseuille/ N =
P∗ π ∗r∗t 8 V ∗ L
"i las dimensiones del capilar y el volumen del líquido que fluye son constantes, entonces para dos líquidos, uno de ellos el de referencia, se tiene/ N 1 D 1∗t 1 = N 2 D 2∗t 2
3onde las presiones son proporcionales a la densidad. Esta ecuación es la base del viscosímetro de 0st(ald. +i, 4/ 5iscosidad del líquido de referencia +i, 6/5iscosidad la que vamos a 'allar 3i, 4/ 3ensidad del líquido de referencia.
3i, 6/ 3ensidad del que vamos a 'allar su viscosidad ti, 4/7iempo en que escurre el líquido de referencia ti, 6/7iempo en que escurre el segundo líquido.
). O*+ETIVOS.O,"ios /#0$ls.-3eterminar la viscosidad por el método de 0st(ald.
O,"ios s&'i&os.- 3eterminar la viscosidad de la muestra. - 3eterminar la variación de la densidad con la temperatura. - 3eterminar la influencia de la temperatura con la viscosidad. - 3eterminar la viscosidad de la muestra 'aciendo variar la concentración.
3. MATERIALES 4 REACTIVOS M$"0i$ls •
5iscosímetro de 0st(ald
•
7ermocupla
•
$robeta
•
*ronómetro
R$&"ios •
•
7ampico 8ruba
•
8gua des ionizada
5. PROCEDIMIENTO E6PERIMENTAL D"07i#$&i8# d l$ d#sid$d dl $/u$9 •
Llenar el viscosímetro limpio y seco con el líquido, a través del tubo de
• •
mayor diámetro. 9edir la temperatura del líquido con ayuda de la termocupla. "uccionar el líquido por encima de la marca superior 8! del viscosímetro
•
tubo de menor diámetro! 8 continuación medir el tiempo con la ayuda de un cronometro y el paso del mismo entre las marcas 8 y : 9arca superior del tubo de mayor diámetro del viscosímetro!.
D"07i#$&i8# d
l$s d#sid$ds d di0#"s &o#&#"0$&io#s dl
$0u,$.•
"e 'ace variar la concentración de 4;; ml del líquido 8ruba! con agua des ionizada a <;, =;, >; y 6; ?, en @ diferentes vasos de precipitado de
•
capacidad respectivamente. $osteriormente se determina la masa de @ probetas de 4; ml de
•
capacidad. Enseguida se toma con una pipeta, 4; ml del líquido de los vasos que
•
contienen el 8ruba a diferentes concentraciones. #ntroducir el 8ruba, a diferentes concentraciones, dentro de las probetas de
• •
4; ml de capacidad. 3eterminar la masa de la probeta con el líquido ya introducido. La diferencia de las masas medidas anteriormente nos dará la masa del 8ruba
•
$osteriormente
usar
la
definición
ρ= m/ V
y
de
esta
manera
determinamos la densidad del aruba.
D"07i#$&i8# d l$s d#sid$ds :$&i#do $0i$0 l$ &o#&#"0$&io#.
•
"e tomó con ayuda de una pipeta el líquido del vaso precipitado con una concentración al <;?.y se introdu&o este líquido en el viscosímetro de
•
0st(ald. 9edir la temperatura del líquido con ayuda de la termocupla. "uccionar el líquido por encima de la marca superior 8! del viscosímetro
•
tubo de menor diámetro! 8 continuación medir el tiempo con la ayuda de un cronometro y el paso del
•
líquido entre las marcas 8 y : 9arca superior del tubo de mayor diámetro •
del viscosímetro!. Aepetir el mismo procedimiento para las diferentes variaciones de *oncentración.
•
8l igual que en el anterior caso con la definición /
ρ = m / V
se determino
la densidad de los líquidos a diferentes temperaturas.
Diferentes concentraciones
Usando la termocupla
Viscosimetro de Ostwald
;. CÁLCULOS ;.1. T$,ul$&i8# d d$"os E<0i7#"$ls. A/u$9 78:L8 4.4
T >?C@
7$/u$ >/@
6;
@.4C
A=UA V >7l@ @
7BV
gBml!
4.;6=C
T$7i&o9 78:L8 4.6
T >?C@
7$/u$ >/@
6>
>.<=
TAMPICO V >7l@ @
ρ=¿
;.D4
A0u,$9 P0u,$ 1 78:L8 4.C *oncentración en volumen ?! 4;; <; =; >; 6;
9asa gr! @.C4 @.4 @.;D >.DD >.D<
5olumen 3ensidad ml! grBml! @ 4.;=6 @ 4.;6 @ 4.;4< @ ;.DD< @ ;.DD=
P0u,$ 2 78:L8 4.> *oncentracion en volumen ?! 4;; <; =; >; 6;
9asa gr! @.CD @.C6 @.6@ @.46 @.;=
5olumen 3ensidad ml! grBml! @ 4.;< @ 4.;=> @ 4.;@ @ 4.;6> @ 4.;46
7BV gBml!
P0o7dio d d#sid$ds dl A0u,$ 78:L8 4.@ *oncentracion en volumen ?! 4;; <; =; >; 6;
9asa gr! 4.;=6 4.;6 4.;4< ;.DD< ;.DD=
5olumen 3ensidad ml! grBml! 4.;< 4.;=C 4.;=> 4.;>6 4.;@ 4.;CC 4.;6> 4.;44 4.;46 4.;;@
Ti7o &$l&ul$do # l is&os'7"0o 78:L8 4.= 7iemp *oncentracion o 3ensidad en volumen ?! s! grBml! 4;; =4.< 4.;=C <; C@.> 4.;>6 =; 6 4.;CC >; 6C.> 4.;44 6; 6;.> 4.;;@
;.2 Cl&ulos 7$"7"i&os. D"07i#$0 l$ d#sid$d9 ρ=
A/u$9 ρ=
5.13 5
=1.026 gr / ml
T$7i&o9 ρ=
4.86 5
=0.971 gr / ml
m V
D"07i#$0 l$s 7$s$s9 A0u,$9 P0u,$ 1 9asa probetaF C@.=@= gr
M$s$ 0o,"$li( - 7$s$ 0o,"$7$s$ dl li(uido m4 F >;.D=> gr - C@.=@= gr F @.C;< gr m6 F >;.@D gr - C@.=@= gr F @.4;C gr mC F >;.>4 gr - C@.=@= gr F @.;<@ gr m> F >;.=> gr - C@.=@= gr F >.DD4 gr m@ F >;.=>@ gr - C@.=@= gr F >.D
P0u,$ 2 9asa probeta F C@.>; gr m6F>;.C; gr - C@.>; gr F @.C6C gr mCF>;.=@> gr - C@.>; gr F @.6C< gr m@F>;.>=> gr - C@.>; gr F @.;@ gr 9asa probeta F C@.>;@ gr m4 F >;.DC gr - C@.>; gr F @.CD gr m> F >;.@C; gr - C@.>; gr F @.46 gr
D"07i#$&i8# d l$s d#sid$ds.P0u,$ 1
ρ=
ρ=
ρ=
5.308 5
5.100 5
5.085 5
ρ=
ρ=
=1.062 gr / ml
=1.020 gr / ml
=1.017 gr / ml
4.990 5
4.980 5
=0.998 gr / ml
=0.996 gr / ml
P0u,$ 2 ρ=
ρ=
ρ=
ρ=
5.38 5
=1.076 gr / ml
5.323 5
5.250 5
5.125
ρ=
5
=1.065 gr / ml
=1.050 gr / ml
=1.025 gr / ml
5.06 5
=1.012 gr / ml
D"07i#$7os l$ 7di$ d l$ d#sid$d9
( ρ 1 + ρ 2 ) 2
( 1.0616 + 1.076 ) 2
( 1.0206 + 1.065 ) 2
( 1.017 + 1.050 ) 2
=1.063 gr / ml
=1.042 gr / ml
= 1.033 gr / ml
( 0.9982+1.025 ) 2
( 0.9978+ 1.012 ) 2
= 1.011 gr / ml
= 1.005 gr / ml
D"07i#$0 l$ is&osid$d9
μagua =0.01005
μi=
•
μi=
•
μ H O∗ ρ I t i 2
ρagua∗t agua
7ampico 0.01005∗0.97∗69 1.026∗30
8ruba
=0.022
gr 2
c m ∗seg
μi=
μi=
μi=
μi=
μi=
0.01005∗1.063∗61.8 1.026∗30
0.01005∗1.042∗35.4 1.026∗30
0.01005∗1.033∗27.0 1.026∗30
0.01005∗1.011∗23.4 1.026∗30
0.01005∗1.005∗20.4 1.026∗30
=0.0224
gr 2
c m ∗seg
= 0.0120
gr 2
c m ∗seg
=0.0091
gr 2
c m ∗seg
=0.0077
gr 2
c m ∗seg
= 0.0067
gr 2
c m ∗seg
. =0i&$s9
D#sid$d s Ti7o
Densidad vs tiempo 1.08 1.06 1.04 1.02 1 0.98 0.96
Vis&osid$d s Ti7o
Viscosidad vs tiempo 0.03
0.02
0.02
0.01
0.01
0 20.399999999999999 23.4
27
35.4
61.8
Vis&osid$d s Co#&#"0$&i8#
Viscosidad vs concentracion 0.03
0.02
0.02
0.01
0.01
0 20
40
60
80
100
G. Co#&lusio#s.
•
"e logró determinar la viscosidad de la muestra, del 8ruba y del tampico, por el 9étodo de 0st(ald.
•
"e pudo determinar la variación de la densidad con la temperatura.
•
"e logró demostrar la influencia de la temperatura en la viscosidad.
•
"e determinó la viscosidad de la muestra 'aciendo variar la concentración.
H. *i,lio/0$'$. •
'ttp/BB(((.fceia.unr.edu.arBfisicaexperimental##BG#8"B5iscosidad?6;por ?6;metodo?6;de?6;0s(ald.doc
•
'ttp/BB(((.fisica##.netBlaboratorioBdetHviscosidadB0s(ald.pdf
•
'ttp/BBfisicoquimica6C;med.blogspot.comB6;46B4;BviscosidadHC;.'tml
