1. INTRODUCCION.
La viscosidad es la propiedad de un fluido que se oponen al movimiento relativo de capas adyacentes en el fluido. Estas fuerzas viscosas se deben a las fuerzas de atracción que existen exis ten entre las moléculas del fluido, de forma que mientras 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 faci lidad de sus vecinas. Las unidades de viscosidad en el sistema sist ema CGS son g/cm. s, llamadas poise. En el sistema SI, la viscosidad se expresa en Pa·s (o newton. s/m2 o Kg/m. s). 2. OBJETIVOS. 2.1. OBJETIVO GENERAL.
Determinar la viscosidad de líquidos por medio del viscosímetro de Ostwald. 2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS.
Determinar la viscosidad de una muestra, variando la composición. Determinar la viscosidad de una muestra, variando la temperatura. 3. FUNDAMENTO TEORICO.
Los fluidos reales se caracterizan por poseer una resistencia a fluir llamada viscosidad. Esto significa que en la práctica para mantener la velocidad en un líquido es necesario aplicar una fuerza o presión, y si dicha fuerza cesa el movimiento del fluido cesa eventualmente tras un tiempo finito. La viscosidad de un líquido crese al aumentar el número de moles y disminuye al crecer la temperatura. La viscosidad es una medida de la resistencia al desplazamiento de un fluido cuando existe una diferencia de presión. Cuando un fluido o un gas fluyen se supone la existencia de una capa estacionaria, de líquido o gas, adherida sobre la superficie del material a través del cual se presenta el flujo. La segunda capa roza con la adherencia superficialmente y esta segunda con la tercera y así sucesivamente. Este rose entre las capas sucesivas es el responsable de la oposición al flujo o sea el responsable de la viscosidad. La viscosidad de un fluido se determina por medio de un viscosímetro entre los cuales el más utilizado es el de Ostwald, este se utiliza para determinar viscosidad relativa. (1) Este procedimiento consiste en medir el tiempo que tarda en descender cada líquido una distancia por un tubo capilar pequeño de cristal a causa de un a diferencia de presión desconocida. Análogamente a las densidades, se mide el tiempo para el agua, cuya viscosidad es conocida (varía según la temperatura medida), con lo que a partir de la viscosidad relativa se puede obtener la viscosidad de cada líquido. La viscosidad depende de dos factores importantes:
Las fuerzas de cohesión entre las moléculas.
La rapidez de transferencia de cantidad de movimiento molecular.
Por lo tanto es directamente dependiente de la densidad de la sustancia. Cuando aumenta la temperatura de un líquido, aumenta la energía cinética de sus moléculas y, por tanto, las fuerzas de cohesión disminuyen en magnitud. Esto hace que disminuya la viscosidad. (2) Por lo que cuanto mayores son las fuerzas intermoleculares de un líquido, sus moléculas tienen mayor dificultad de desplazarse entre sí, por lo tanto la sustancia es más viscosa. También los líquidos que están formados por moléculas largas y flexibles que pueden doblarse y enredarse entre sí, son más viscosos. Calidad de fluido → f (T) Líquidos
Gases
T ↑entonces su µ↓
T ↑ entonces su µ ↑ T ↓ entonces su µ ↓
T ↓entonces su µ↑
En los líquidos un fluido es de buena calidad cuando la variación de la viscosidad con la temperatura es lo menor posible. La viscosidad debe ser constante para que el líquido sea de buena calidad. El método más sencillo para medir viscosidades es mediante un viscosímetro de Oswald (para fluidos poco viscosos).En este tipo de viscosímetros, se determina la viscosidad de un líquido midiendo el tiempo de flujo de un volumen dado V del líquido. En un tubo capilar bajo la influencia de la gravedad. Para un fluido virtualmente incompresible, como un líquido, está gobernado por la ley de Poiseville de la forma:
πr (p − p ) = 8ηL También pude expresarse de la siguiente forma:
· · ∆ Q= = 8·· Donde dV/dT es la velocidad de flujo del líquido a lo largo de un tubo cilíndrico de radio r y de longitud L, L, y ( p1 - p2) p2) es la diferencia de presiones entre los dos extremos del tubo. Dado que ( p1 - p2) p2) es proporcional a la densidad del líquido en estudio, se puede demostrar que para un volumen total dado de un líquido, comparada con la del agua y efectuando una división miembro a miembro queda así:
μ muestra ρ mues muestra tra · t mues muestra tra = μ agua ρ agu aguaa · t agu aguaa De aquí despejamos µ muestra y tenemos:
=
ρ mues muestra tra · t mues muestra tra · ρ agu aguaa · t agu aguaa
EL dato de µ agua se sacará de tablas o gráficas, donde ya se encuentra determinada. Densidad:
ρ=
m v
4. DESCRIPCION DEL EXPERIMENTO. 4.1. MATERIAL DEL EQUIPO. Cantidad
Instrumento
5
Vasos de precipitado
varias
Probetas de 10 ml.
1
Pipeta
1
Viscosímetro de ostwald
1
Multímetro
1
Balanza electrónica
1
estufa eléctrica
3
Cronómetros
probeta
pipeta
Viscosímetro de Ostwald
Multímetro
Balanza electrónica
Estufa eléctrica
Cronómetros
4.2. REACTIVOS. Jugo (Aruba) Jugo (Tampico) Agua
Agua Aruba Tampico
5. PROCEDIMINETO EXPERIMENTAL.
Procedimiento para medir la viscosidad de las muestras, variando la composición. (Prueba realizada con Tampico)
1. En un vaso de precipitado vierta 100 ml, de la solución a medir (al 100% en composición). 2. Al mismo tiempo, en 4 vasos de precipitado diferentes, vierta volúmenes iguales a; 80 ml, 60 ml, 40 ml, 20 ml, respectivamente en cada vaso de precipitado.
3. Complete un volumen total de 100 ml, en cada vaso de precipitado con agua, para aproximarse al volumen deseado emplee una pipeta, para mayor exactitud. 4. Al realizar estas operaciones se obtienen, cinco muestras de diferente composición que las emplearemos para medir su viscosidad y determinar la dependencia de la concentración con la viscosidad. 5. A continuación asegúrese que todos los instrumentos que se emplearan se encuentren limpios y secos para comenzar con la experiencia. 6. Con la ayuda de una pipeta, vierta la solución al viscosímetro. 7. Aspire la solución hasta que este sobre pase la marca superior del viscosímetro. 8. Con la ayuda de cronómetros, mida los tiempos en que la solución tardada en descender desde la marca superior a la marca inferior del viscosímetro. 9. Realice el mismo procedimiento para las 4 muestras restantes, y registre los tiempos que tardaran en descender desde la marca superior a la marca inferior de viscosímetro. Procedimiento para medir la viscosidad de las muestras, variando la temperatura. (Prueba realizada con agua, Aruba y Tampico).
1. En un vaso de precipitado vierta agua al 100 % a temperatura ambiente. 2. Con la ayuda de una pipeta vierta agua en el viscosímetro, y determine el tiempo que tarda en descender de la maraca superior a la inferior y registre el tiempo. 3. Haciendo uso de la estufa eléctrica, calentar el agua hasta una determinada temperatura, y tan pronto sea posible vierta al agua caliente en el viscosímetro viscosímet ro y registre el tiempo que este tardara en descender. 4. Y al mismo tiempo que termine en descender el gua mida su temperatura con el multímetro, y registre ese valor como dato experimenta l. 5. Repita este mismo procedimiento para diferentes temperaturas del agua, y registre los tiempos y temperaturas. DATOS EXPERIMENTALES OBTENIDOS Haciendo variar la composición del Tampico t (1) s t (2) s t (3) s Tiempo prom. (s) Muestra 100 % 237.6 237.28 237.32 237.4 Muestra 80 %
t (1) s 187.8
t (2) s 187.15
t (3) s 187.43
Tiempo prom. (s) 187.46
Muestra 60 %
t (1) s 143
t (2) s 143.01
t (3) s 143.07
Tiempo prom. (s) 143,.03
Muestra 40 %
t (1) s
t (2) s
t (3) s
Tiempo prom. (s)
Muestra 20 %
110.7
110.68
110.65
110.69
t (1) s
t (2) s
t (3) s
Tiempo prom. (s)
82.8
82.65
82.7
82.71
Haciendo variar la temperatura del Tampico t (1) s t (2) s t (3) s Tiempo prom. (s) Muestra 100 % a 29 °C 214.6 214.55 214.58 214.58 Muestra 100 % a 31 °C
t (1) s 182.39
t (2) s 182.42
t (3) s 182.4
Tiempo prom. (s) 182.4
Muestra 100 % a 32 °C
t (1) s 180.4
t (2) s 180.6
t (3) s 180.39
Tiempo prom. (s) 180.46
Haciendo variar la temperatura del agua t (1) s t (2) s t (3) s Tiempo prom. (s) Muestra 100 % a 25 °C 62.8 62.75 62.83 62.8 Muestra 100 % a 30 °C
t (1) s 60
t (2) s 59.98
t (3) s 59.95
Tiempo prom. (s) 59.98
Muestra 100 % a 39 °C
t (1) s 51.4
t (2) s 50.92
t (3) s 51.23
Tiempo prom. (s) 51.18
prueba realizada con Aruba t (1) s t (2) s t (3) s Muestra 100 % a 25 °C 135.7 135.7 135.65
Tiempo prom. (s) 135.68
6. CALCULOS. Calculo de las densidades. Tampico al 100 % (masa de la probeta = 37.038 gr)
ρ=
+ −
ρ1 =
(41.03 (41.03 − 37 37.03 .038) 8) = 1.051 1.051 /³ /³ 3.8 ³
ρ2 =
(41.02 (41.02 − 37 37.03 .038) 8) = 1.04 1.048 8 / /³³ 3.8 ³
= 1.05 1.052 2 / /³³
ρ3 =
(41.05 (41.05 − 37 37.03 .038) 8) = 1.056 1.056 /³ /³ 3.8 ³
Tampico al 80 % (masa de la probeta = 36.88 gr)
ρ1 =
(39.46 (39.46 − 36 36.88 .88) ) = 1.044 1.044 /³ /³ 2.95 ³
ρ2 =
(39.93 (39.93 − 36 36.88 .88) ) = 1.03 1.034 4 / /³³ 2.95 ³
ρ3 =
(39.95 (39.95 − 36 36.88 .88) ) = 1.041 1.041 /³ /³ 2.95 ³
= 1.04 1.040 0 / /³³
Tampico al 60 % (masa de la probeta = 36.87 gr)
ρ1 =
(39.84 (39.84 − 36 36.87 .87) ) = 1.024 1.024 /³ /³ 2.9 ³
ρ2 =
(39.86 (39.86 − 36 36.87 .87) ) = 1.03 1.031 1 / /³³ 2.9 ³
ρ3 =
(39.85 (39.85 − 36 36.87 .87) ) = 1.028 1.028 /³ /³ 2.9 ³
= 1.02 1.028 8 / /³³
Tampico al 40 % (masa de la probeta = 36.84 gr)
ρ1 =
(39.69 (39.69 − 36 36.84 .84) ) = 1.018 1.018 /³ /³ 2.8 ³
ρ2 =
(39.68 (39.68 − 36 36.84 .84) ) = 1.01 1.014 4 / /³³ 2.8 ³
ρ3 =
(39.70 (39.70 − 36 36.84 .84) ) = 1.021 1.021 /³ /³ 2.8 ³
= 1.01 1.018 8 / /³³
Tampico al 20 % (masa de la probeta = 36.88 gr)
ρ1 =
(39.19 (39.195 5 − 36.88 36.88) ) = 1.007 1.007 /³ /³ 2.3 ³
ρ2 =
(39. (39.2 2 − 36 36.8 .88) 8) = 1.00 1.009 9 / /³³ 2.3 ³
ρ3 =
(39.19 (39.19 − 36 36.88 .88) ) = 1.004 1.004 /³ /³ 2.3 ³
= 1.00 1.007 7 / /³³
DENSIDAD DEL AGUA A 20 °C (Temperatura ambiente)
ρ1 =
(39.34 (39.34 − 36 36.89 .89) ) = 0.98 0.98 /³ /³ 2.5 ³
ρ2 =
(39.33 (39.33 − 36 36.89 .89) ) = 0.97 0.976 6 / /³³ 2.5 ³
= 0.98 0.98 / /³³
ρ3 =
(39.35 (39.35 − 36 36.89 .89) ) = 0.984 0.984 /³ /³ 2.5 ³
Calculo de la viscosidad del Tampico, variando su composición:
μ=
μ · .· .· ·
Tampico al 100 %
0.008 0.008904 904 · 1.052 1.052 · 27 273.4 3.4 ³ μ= = 0.035 0.0355 5 0.997 · 62 62.4 .4 ³ Tampico al 80 %
0.008 0.00890 904 4 · 1.040 1.040 · 18 187.4 7.46 6 ³ μ= = 0.027 0.0277 7 0.997 · 62 62.4 .4 ³ Tampico al 60 %
0.008 0.00890 904 4 · 1.028 1.028 · 14 143.0 3.03 3 ³ μ= = 0.020 0.0209 9 0.997 · 62 62.4 .4 ³ Tampico al 40 %
0.008 0.008904 904 · 1.018 1.018 · 11 110.6 0.69 9 ³ μ= = 0.016 0.016 0.997 · 62 62.4 .4 ³ Tampico al 20 %
0.008 0.008904 904 · 1.007 1.007 · 82 82.7 .71 1 ³ μ= = 0.011 0.0118 8 0.997 · 62 62.4 .4 ³
7. RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS.
Nº
1 2 3 4 5
Densidad del agua a diferentes temperaturas temperaturas Temperatura Volumen Densidad Masa (gr) (°C) (ml) (gr/ml) 21 8,91 9 0.990 30 9,89 10 0,989 34 9,86 10 0.986 37 9,8 10 0.980 45 9,75 10 0.975
Tiempos del agua a diferentes temperaturas Temperatura Tiempo (s) (°C)
24 30 37 39 47
N°
2,6 2,59 2,52 2,34 2,28
Densidad del Tampico a diferentes temperaturas Temperatura Densidad Masa (gr) Volumen (ml) (°C) (gr/ml)
1 2 3 4 5
26 28 31 35 42
10,35 10,2 10,15 10,12 10,05
10 10 10 10 10
1,035 1,02 1,015 1,005 1,02
Tiempos del agua y Tampico según la variación de la temperatura Temperatura agua (°C)
Tiempo (s) agua
24 30 37 39
2,6 2,59 2,52 2,34
Temperatura (°C) Tampico 26 28 31 35
Tiempo (s) Tampico
3,7 3,6 3,47 3.40
47
2,28
42
3,22
Viscosidad del agua y Tampico según la variación de la temperatura Densidad Densidad Tiempo Tiempo Viscosidad Viscosidad Temperatura agua Tampico agua Tampico agua Tampico 26 0.990 1,035 2,6 3,7 1,6536 2,4602 28 0,989 1,02 2,59 3,6 1,1802 1,6927 31 0.986 1,015 2,52 3,47 0,7025 0,9958 35 0.980 1,005 2,34 3.40 0,6502 1,014 42 0.975 1,02 2,28 3,22 0,653 0,9335
En éste laboratorio se midieron las densidades y las viscosidades de los diferentes líquidos trabajados durante la práctica en el laboratorio. Para poder determinar estos valores utilizamos como líquido de referencia el agua, de la cual encontramos en tablas los valores de su viscosidad y de su densidad a una temperatura de 22°C que era la temperatura de referencia. A partir de estos datos del agua pudimos calcular el volumen del picnómetro, con éste volumen hallamos la densidad de cada uno de los líquidos, pues ya conocíamos sus masas y con su densidad hallamos la viscosidad, util izando como referencia el agua. Aunque para encontrar la viscosidad absoluta uno de los factores es la densidad del fluido, los resultados obtenidos, comprobaron la afirmación de que no existe una relación de dependencia entre la viscosidad y la densidad o el volumen específico del fluido. Como trabajamos a una temperatura constante, no pudimos observar el efecto de este parámetro sobre la viscosidad vis cosidad del fluido, además, observamos que no se incluye su efecto en la definición de viscosidad absoluta. Los tiempos de flujo medido, nos dieron desde el principio una idea de cuál sería el líquido más viscoso, y cual el más fluido. Después de la realización de los cálculos, pudimos comprobar que la viscosidad es directamente proporcional a este tiempo. 8. CONCLUCIONES.
En la realización de este experimento pudimos reconocer la relación que hay entre cada liquido de acuerdo a sus propiedades, es decir cada liquido responde de diferente manera en cuanto a su viscosidad y su tensión superficial. Además de esto pudimos ver que cuando se aumenta la temperatura a un líquido este tiende a fluir de una manera más rápida. 9. BIBLIOGRAFIA. Referencias bibliográficas.
CASTELLAN, Gilbert W. Fisicoquímica, segunda edición en español. Colombia: Editorial Addison-Wesley Iberoamericana, 1987. Pág. 95, 800-801. BARROW, Gordon. Química Física, segunda edición. España: Editorial Reverte, 1968.
HOUGEN, WATSON y RAGATZ. RAGATZ. Principios de los Procesos Químicos. España: Editorial Reverte, 1972. Levine, I. N. "Physical Chemistry", 3ra Edición, McGraw Hill, Nueva York (1988), página 473-478. Bullet Geankopolis, C. J., "Transport "Transport Processes and Unit Operations", 2da Edición, Edición, Allyn and Bacon, Boston (1983), página 54-61. Páginas web. http://fisicoquimica230med.blogspot.com/2012/10/viscosidad_30.html Gálvez .M., F. (s.f).Física experimental .Universidad politécnica de valencia. Recuperado el 28 de septiembre de 2012 , de http://books.google.com.pa/books?id=f2FmJn4iV2gC&pg=PA164&lpg=PA164&d q=coeficiente+de+viscosidad+de+acetona&source=bl&ots=XD6OvzEu5J&sig=89If0V OIZKOPlJMnuBZm309dyQ&hl=es&sa=X&ei=LaZpUMGGE4Ww0QGP3YH4DA& ved=0CC0Q6AEwAA#v=onepage&q=coeficiente%20de%20viscosidad%20de%20ac etona&f=false
