VISCOSIDAD DE LOS LIQUIDOS
1. OBJETIVOS.
– Estudiar la determinación de la viscosidad de los líquidos puros y de las mezclas y su variación con la temperatura, empleando el método método del Viscosímetro Viscosímetro de Ostwald. – Relacionar la viscosidad de líquidos desconocidos con la viscosidad de otros líquidos conocidos, para así calcular valores de viscosidades relativas. – Analizar las causas de la viscosidad, los actores que le aectan y resolver pro!lemas sencillos so!re coeiciente de viscosidad, volumen , presión, temperatura, etc.
2. DISCUSION TEORICA.
Viscosidad , representada por la letra "rie"a eta (η) es la resistencia que e#perimenta una capa de un luido $líquido o "as% al moverse so!re otra capa, en otras pala!ras es la resistencia que orece el líquido a manar o luir. &uanto mayor es la viscosidad del líquido m's lentamente luye. Al"unos líquidos como el aceite de ricino, la melaza, los aceites lu!ricantes y el alquitr'n se conocen como líquidos de alta viscosidad, ya que se desplazan muy lentamente, mientras que el a"ua, la "asolina, el !enceno son de !a(a viscosidad y luyen con m's rapidez.
)e puede considerar que una columna de un líquido en un tu!o circular est' ormada por capas concéntricas o cilindros del luido. Al moverse por el tu!o, la capa m's cercana cercan a a la pared permanece estacionaria estacionaria si es que el líquido mo(a la supericie de la pared. &ada capa sucesiva se mueve con respecto a esta capa e#terior con una velocidad que aumenta a medida que nos acercamos al centro del tu!o. Esto se conoce como lu(o lineal y se caracteriza por la ausencia de remolinos y de tur!ulencia en "eneral. En el tratamiento teórico de este tipo de lu(o se considera que el líquido tiene lo que se conoce como fricci! i!"#r!a, que presenta una resistencia al movimiento de esos cilindros o capas. Esta ricción interna es la viscosidad del líquido. *a viscosidad tiene que ver con la acilidad con que moléculas individuales del líquido pueden moverse unas con respecto a otras, por tanto, depende de las uerzas de atracción entre las moléculas y de la e#istencia de características estructurales que pudieran +acer que las moléculas se enreden. *a unidad unidad de viscosid viscosidad ad en el sistem sistemaa c.".s. c.".s. es el $ois#, que se deine como la e#istencia de una viscosidad tal que se requiere una uerza unitaria por unidad de 'rea para que dos supericies paralelas del líquido, de 'rea unitaria y separadas por una distancia unitaria, se deslicen la una so!re la otra a una velocidad unitaria. atem'ticamente se puede e#presar como-
uerza # distancia entre supericies dinas # cm dinas # se" Viscosidad ////////////////////////////////////////// //////////////// /////////////// velocidad # 'rea cm0se" # cm1 cm1
2e acuerdo con la e#presión anterior, un líquido tiene la viscosidad de un poise cuando la uerza de una dina mueve una unidad de 'rea del líquido con la velocidad de un cm por se"undo con respecto a otra unidad de 'rea separada por un cm de distancia. 3am!ién se usa el centipoise $cp 45 –1 p%, milipoise $mp 45 –6 p% y micropoise $7p 45 –8 p% %ac"or#s &'# af#c"a! a a iscosidad - En "eneral la viscosidad de un líquido depende del tama9o, la orma y la naturaleza química de sus moléculas. En los líquidos que tienden a asociarse la viscosidad es anormalmente alta, como en el caso del a"ua, donde a pesar de su !a(o peso molecular la viscosidad es comparativamente alta, de!ido en su mayor parte al eecto de los enlaces puente de +idró"eno. :ara los líquidos de la misma clase, al aumentar el peso molecular aumenta tam!ién la viscosidad. ;n e(emplo que ilustra este punto es el de los +idrocar!uros paraínicos $alcanos%, que cam!ian desde los líquidos de !a(a viscosidad como la "asolina, +asta los aceites lu!ricantes de alta viscosidad.
*a viscosidad disminuye r'pidamente al aumentar la temperatura, así en el a"ua el cam!io es de al"o m's del 1< en el mar"en de 15= & a 65= &. En el cuerpo +umano los cam!ios de temperatura ocasionan un variación del 6< en la viscosidad de la san"re por cada 4= & de cam!io. En los casos en que +ay ie!re, todo ello se maniiesta en una disminución de la viscosidad de la san"re, aumentando la circulación $lo cual es una condición desea!le% sin aumentar el esuerzo requerido del corazón. Otro actor que altera la viscosidad es la adición de sustancias a un líquido, como en el caso de la san"re. *a san"re es una solución acuosa de ciertos electrolitos y no electrolitos en la que est'n suspendidos corp>sculos ro(os y !lancos, y tam!ién al"unas sustancias coloidales, como las proteínas. El eecto de los electrolitos es disminuir li"eramente la viscosidad del medio acuoso. :or otro lado, los corp>sculos y las partículas coloidales aumentan considera!lemente la viscosidad. El resultado de todo esto, es que el s'#ro sa!*'+!#o tiene a 6?= & la viscosidad de 5,54 poise y la san"re entera la viscosidad de 5,56 poise, comparada con la viscosidad del a"ua a esta temperatura, que es de 5,558@ poise. &omo las variaciones en la composición de la san"re y los cam!ios en el n>mero de corp>sculos van relacionados con los cam!ios de salud del individuo, es de esperarse que la viscosidad de la san"re presente tam!ién "randes variaciones. *as determinaciones de viscosidad, (unto con los conteos san"uíneos, son muy >tiles en al"unos métodos de dia"nóstico médico. *a viscosidad de la san"re desempe9a una parte muy importante en los desórdenes circulatorios resultantes de la contracción de los capilares en la Arteriosclerosis y en ciertos tipos de ipertensión. &uanto m's elevada es la viscosidad de la san"re mayor es la uerza que se necesita para +acerla pasar a través de los capilares, lo cual trae como resultado una presión elevada en la san"re y un esuerzo mayor del corazón.
,#dici! d# a iscosidad- E#isten varios métodos dierentes para medir la viscosidad, sin em!ar"o, son dos los m's importantes-
a
étodo de la !ola, que consiste en determinar el tiempo que tarda en caer una esera de tama9o y peso conocido a lo lar"o de una columna del líquido en cuestión de di'metro y lon"itud conocida. ;na variación del método usa discos, cilindros o anillos "iratorios.
!
étodo -ois#'i#, !asado en el empleo del viscosímetro de Ostwald, es muy >til para medir las viscosidades de los dierentes líquidos !ioló"icos. &onsiste en medir el tiempo que tarda en luir un volumen conocido de líquido $el que est' contenido entre las marcas a y !, a través de un capilar $A% de lon"itud y radio conocidos, !a(o la acción de la "ravedad. :or medios teóricos. :oiseuille determinó que la viscosidad de un líquido est' dada por la órmula-
η 0
r$"/
2onde- p presión +idrost'tica so!re el líquido, que es proporcional a su densidad. t tiempo de lu(o en se"undos r radio del capilar en centímetros l lon"itud del capilar en centímetros v volumen del líquido en cm6 )i las dimensiones del capilar y el volumen del líquido que luye son constantes, la ecuación anterior se reduce aη 0 3$"
2onde - B constante Aunque la determinación de la viscosidad a!soluta de un líquido es una tarea diícil, la determinación de la iscosidad #s$#c+fica o iscosidad r#a"ia, o sea la relación de la viscosidad de un líquido comparado con la viscosidad de otro considerado como patrón $el a"ua% a temperatura i(a, es sencilla y conveniente para muc+os ines. :ara determinar la viscosidad relativa de un líquido a cierta temperatura, se de!e medir el tiempo de lu(o de un volumen dado del líquido y el tiempo que tarda en luir el mismo volumen de a"ua, a i"ual temperatura y en el mismo viscosímetro. 2e esta manera se mantienen constantes la presión, el radio y la lon"itud del capilar, y por tanto puede escri!irseη1
d1 "1
η2 4. ,ATERIALES 5 REACTIVOS.
0
d2 "2
,ATERIALES6
– – – – – –
Viscosímetro de Ostwald Ca9o de temperatura constante &entríu"a 3u!os +uecos de vidrio :ipetas Com!illas de (e!e
REACTIVOS6
– – – – – –
)olución sulocrómica Acetona Cenceno Alco+ol etílico )olventes or"'nicos Dara!es medicinales
7. -ROCEDI,IENTO E8-ERI,ENTAL.
7.1. DETER,INACION DE LA VISCOSIDAD CON EL VISCOSI,ETRO DE OST9ALD.
– *ave el viscosímetro y con cuidado, utilizando solución sulocrómica o deter"ente y en(ua"ue unas cinco veces con a"ua destilada. –
ediante una pipeta pon"a a"ua destilada en el viscosímetro, en cantidad suiciente
:ara llenar el espacio comprendido entre las marcas a y !, y a la vez un tercio del !ul!o C1. –
–
–
&oloque el viscosímetro en un !a9o de temperatura constante a 1= & y dé(elo por unos 1 minutos para que adquiera la temperatura del !a9o. :on"a una !om!illa de (e!e en el e#tremo superior del viscosímetro para +acer su!ir el líquido que se +alla en el !ul!o C4. ida el tiempo que demora en pasar el líquido entre las marcas a y !. Eectuar por lo menos unas cuatro mediciones para el a"ua destilada. *avar !ien el viscosímetro nuevamente y proceder a medir la viscosidad de las otras muestras esco"idas, teniendo cuidado de emplear el mismo volumen que el de a"ua.
–
2e no e#istir viscosímetro en el la!oratorio, la viscosidad puede determinarse midiendo el tiempo que cierta cantidad de líquido tarda en luir a través de un tu!o del"ado de vidrio, !a(o la inluencia de la "ravedad. 3am!ién se puede eectuar la medición de la viscosidad de un líquido esta!leciendo la velocidad con que caen eseras de acero a través del líquido pro!lema.
. CUESTIONARIO DE ANALISIS
4
1
2einir con claridad- coeiciente de viscosidad, lu(o laminar o viscoso, viscosidad cinem'tica y sus unidades, lu(o tur!ulento, líquidos newtonianos y no newtonianos.
2escri!a otros métodos para determinar la viscosidad. 6
FGué relación e#iste entre viscosidad y temperaturaH. Escri!a el enunciado de la ley de )toBes.
I
F&ómo cam!ia la viscosidad- a% &on el aumento de temperaturaH !% FAl +acerse m's intensas las uerzas de atracción intermolecularH
2escri!a los cam!ios en la viscosidad de un líquido producidos por la adición de varios tipos de sustancias.
8
En un viscosímetro de Ostwald los tiempos de lu(o de vol>menes i"uales de etanol y otro líquido a 15J & son 4I5 s y 485 s, respectivamente. *a densidad del se"undo líquido a la temperatura del e#perimento es de 4,58 "0m*. &alcular las viscosidades a!soluta y relativa del se"undo líquido a esta temperatura. *a densidad del etanol es 5,?@1 "0m* a 15J &.
?
;n viscosímetro se cali!ró mediante el !enceno, el cual a 15J & tiene una viscosidad de 5,81 cp y la densidad de 5,K?@ "0m*. Así se encontró que el tiempo de lu(o del !enceno era de 4K6 se"undos. )i el tiempo de lu(o para el etanol a!soluto ue 6?K se"undos, donde posee la viscosidad de 4,1 cp, +allar la densidad a!soluta del etanol.
K
*as densidades de acetona y a"ua a 15J & son 5,?@1 "0m* y 5,@@K "0m*, respectivamente. *a viscosidad del a"ua es 4,551 cp y requiere 415, se"undos para correr entre las marcas de un viscosímetro de Ostwald. )i la viscosidad de la acetona es 5,61? cp, FGué tiempo tardar' en recorrer las marcas del mismo viscosímetroH
&ierto volumen de +eptano puro pasa a través de un viscosímetro en K6,K s, mientras que un volumen i"ual de a"ua se escurre en 4I1 s, en las mismas condiciones. &alcular las viscosidades a!soluta y relativa del +eptano, a 15J & sa!iendo que su densidad a esta temperatura es 5,8K@ "0m* y que la del a"ua puede considerarse como 5,@KK "0m*. Asimismo la
