Viscosidad

1. Resumen
3. Principios
   teóricos
4. Detalles
   experimentales
5. Tabulación de datos y
   resultados
6. Ejemplo de
   cálculos
7. Discusión de
   resultados
8. Conclusiones
9. Recomendaciones
10. Bibliografía
11. Apéndice

1.
RESUMEN

La finalidad de esta practica es la determinación
de la viscosidad de una
sustancia mediante diferentes cálculos
fisicoquímicos. Esta practica se realizó a las
condiciones de 756 mmHg de presión,
una temperatura de
24 °C y con un porcentaje de humedad de 92%.

Bajo estas condiciones de obtuvo un valor de
viscosidad de 1.21 cp para el alcohol al
100% a 20°C, con este valor trabajamos para determinar la
viscosidad de soluciones de
alcohol al 20 y 60% a la misma temperatura.

Utilizamos el viscosímetro de Ostwald para la
determinación de los tiempos de los diferentes tipos de
alcoholes
etílicos. Además se utilizó el método del
picnómetro que sirvió para determinar en primer
lugar la gravedad especifica del alcohol al 100% en diferentes
temperaturas (20, 30 y 40°C) cuyos valores
fueron: 0.790, 0.787, 0.783 respectivamente; y posteriormente
mediante la relación de densidades del alcohol con
respecto a la densidad del
agua nos da la
igualdad de la
gravedad especifica y así obtuvimos la densidad del
alcohol.

Las viscosidades obtenidas del alcohol 20 y 60% tuvieron
un porcentaje de error de 4.99% y 3.37%.

2.
INTRODUCCIÓN

La practica de viscosidad es una practica muy
importante en el sentido industrial debido a que esta se
fundamenta mucho en leyes
físicas y químicas que nos permite entender porque
tal compuesto es mas espeso que otro, o porque un compuesto es
utilizado como lubricante, etc.

El saber cuan viscoso es una solución nos
permite saber por ejemplo su peso molecular, es decir podemos
determinar el peso molecular de una solución desconocida
gracias al método de viscosidad. El poder estudiar
la viscosidad de una sustancia nos ayuda a concluir cuanto varia
con respecto a la temperatura, si es mas viscoso o menos viscoso,
etc.

El conocimiento
de la viscosidad de un liquido nos ayuda en el área de
mecánica de fluidos ya que podemos saber
que tipo de liquido es importante y porque usarlo en tal maquina
para que esta funcione en optimas condiciones. O porque usar tal
lubricante para carro a tal temperatura y porque no usar otro. O
tal vez en las bebidas como las cervezas, ya que la viscosidad
influye mucho en el gusto de la persona, etc. En
fin el
conocimiento de la viscosidad trae consigo muchas
conclusiones que pueden llevar al éxito
de una
empresa.

3. PRINCIPIOS
TEORICOS

3.1 VISCOSIDAD:

Los gases y los
líquidos tienen una propiedad
conocida como la viscosidad, la cual se puede definir como la
resistencia a
fluir ofrecida por un liquido, resultante de los efectos
combinados de la cohesión y la adherencia. La viscosidad
se produce por el efecto de corte o deslizamiento resultante del
movimiento de
una capa de fluido con respecto a otro y es completamente
distinta de la atracción molecular. Se puede considerar
como causada por la fricción interna de las
moléculas y se presenta tanto en gases ideales como en
líquidos y gases reales.

3.2 VISCOSIDAD DE LOS LIQUIDOS:

Los líquidos presentan mucha mayor tendencia al
flujo que los gases y, en consecuencia, tienen coeficientes de
viscosidad mucho mas altos. Los coeficientes de viscosidad de los
gases aumentan con la temperatura, en tanto que los de la
mayoría de líquidos, disminuyen. Asimismo se ha
visto que los coeficientes de viscosidad de gases a presiones
moderadas son esencialmente independientes de la presión,
pero en el caso de los líquidos el aumento en la
presión produce un incremento de viscosidad. Estas
diferencias en el comportamiento
de gases y líquidos provienen de que en los
líquidos el factor dominante para determinar la viscosidad
en la interacción molecular y no la transferencia
de impulso.

La mayoría de los métodos
empleados para la medición de la viscosidad de los
líquidos se basa en las ecuaciones de
Poiseuille o de Stokes. La ecuación de Poiseuille para el
coeficiente de viscosidad de líquidos es:

donde V es el volumen del
liquido de viscosidad que fluye en el tiempo
t a traves de un tubo capilar de radio r y
la longitud L bajo una presión de P dinas
por centímetro cuadrado. Se mide el tiempo de flujo de los
líquidos, y puesto que las presiones son proporcionales a
las densidades de los líquidos, se puede escribir
como:

Las cantidades t1 y
t2 se miden mas adecuadamente con un
viscosímetro de Ostwald. Una cantidad definida de liquido
se introduce en el viscosímetro sumergido en un termostato
y luego se hace pasar por succión al bulbo B hasta que el
nivel del liquido este sobre una marca a.
Se deja escurrir el liquido el tiempo necesario para que su nivel
descienda hasta una marca b y se mide con un cronometro.
El viscosímetro se limpia, luego se añade el
liquido de referencia y se repite la operación. Con este
procedimiento
se obtienen t1 y t2 y la
viscosidad del liquido se calcula con la ecuación
anterior.

3.3 INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA:

El efecto de la temperatura sobre la viscosidad de u
liquido es notablemente diferente del efecto sobre un gas; mientras en
este ultimo caso el coeficiente aumenta con la temperatura, las
viscosidades de los líquidos disminuyen invariablemente de
manera marcada al elevarse la temperatura. Se han propuesto
numerosas ecuaciones que relacionan viscosidad y temperatura como
por ejemplo:

donde A y B son constantes para el liquido
dado; se deduce que el diagrama de
log() frente a
1/T seta una línea recta. Se pensó en otro tiempo
que la variación de la fluidez con la temperatura
resultaría mas fundamental que la del coeficiente de
viscosidad; pero el uso de una expresión exponencial hace
que la opción carezca de importancia.

3.4 DENSIDAD:

Se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y
el volumen que ocupa. La densidad de un cuerpo esta relacionado
con su flotabilidad, una sustancia flotara sobre otra si su
densidad es menor.

La gravedad especifica o densidad relativa esta definida
como el peso unitario del material dividido por el peso unitario
del agua destilada a 4 °C. Se representa la gravedad
especifica (Ge) y también se puede calcular utilizando
cualquier relación de peso de la sustancia a peso del
agua.

3.5 PICNOMETRO:

Es un aparato que se utiliza para determinar las
densidades de distintas sustancia. También se conoce como
frasco de densidades. Consiste en un pequeño frasco de
vidrio de cuello
estrecho cerrado con un tapón esmerilado, hueco y que
termina por su parte superior en un tubo capilar con
graduaciones.

4.
DETALLES EXPERIMENTALES

4.1 MATERIALES Y
REACTIVOS:

• Materiales: Viscosímetro de
  Ostwald, un recipiente para utilizarlo para baño
  maría, pipeta 10 mL, vasos de precipitación,
  cocinilla, un picnómetro, un termómetro, un cronometro, pro
  pipeta.
• Reactivos: Agua destilada, etanol al
  100%, etanol al 60%, etanol al 20%.

4.2 PROCEDIMIENTO:

• Medición de la viscosidad de
  líquidos con el Viscosímetro de
  Ostwald:

El viscosímetro en primer lugar tiene que estar
completamente seco, una ves seco se vierte la muestra liquida
a estudiar aproximadamente 7 mL, el viscosímetro se
coloca en el recipiente con baño maría y se
empieza a medir la temperatura, primero con 20 °C, luego
con 30 °C y finalmente con 40 °C. Con ayuda de la pro
pipeta se succiona la muestra liquida hasta que suba a un punto
a; desde ahí se mide el tiempo hasta que baje al
punto b del viscosímetro, este proceso se
hace tres veces con las temperaturas ya mencionadas.

• Determinación de la densidad de la
  solución mediante el método del
  picnómetro:

El picnómetro un ves lavado con agua destilada
se pone en la estufa y se deja secar por 10 min. Luego se moja
la parte exterior del picnómetro, luego se seca y se
pesa en la balaza analítica (W1). Una ves
pesado se llena con agua destilada completamente hasta el
capilar y se sumerge en un baño de temperatura constante
primero a 20 °C luego a 30 °C y finalmente a 40 °C,
para cada temperatura su respectiva pesada. Se retira el agua del
picnómetro y se seca en la estufa, luego se moja y seca
la parte exterior y se vuelve a pesar . Una ves pesado se llena
con etanol al 100% y se realiza lo mismo que se hizo con el
agua destilada.

5.
TABULACION DE DATOS Y
RESULTADOS

TABLA 1

CONDICIONES DEL
LABORATORIO

A. MEDICIÓN DE LA VISCOSIDAD DE
LÍQUIDOS CON EL VISCOSÍMETRO DE
OSTWALD:

TABLA 2

DATOS PARA EL AGUA
DESTILADA

TABLA 3

DATOS PARA EL ETANOL
100%

TABLA 4

DATOS PARA EL ETANOL
60%

TABLA 5

DATOS PARA EL ETANOL
20%

B. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE LA
SOLUCIÓN POR EL METODO DEL
PICNÓMETRO:

TABLA 6

DATOS PARA LA DENSIDAD DEL ETANOL AL
100% A 20 °C

TABLA 7

DATOS PARA LA DENSIDAD DEL ETANOL AL
100% A 30 °C

TABLA 8

DATOS PARA LA DENSIDAD DEL ETANOL AL
100% A 40 °C

TABLA 9

DATOS DE LA GRAVEDAD ESPECIFICA DEL
ETANOL AL 100%

TABLA 10

*VALORES TEORICOS DE LA DENSIDAD DEL
AGUA

* Datos obtenidos del "Handbook of Chemestry and
Physics", ediciones 62 y 87, pag: F – 11, 10 – 141 y
15 – 23.

TABLA 11

*VALORES TEORICOS DE LA VISCOSIDAD DEL
AGUA

* Norbert Adolph Lange, "Handbook of Chemestry",
Ed. Mc Graw Hill, Book Company,1974.

TABLA 12

DATOS DE log vs 1/T DEL ETANOL AL
100%

TABLA 13

VISCOSIDAD () vs
CONCENTRACIÓN

6. EJEMPLO DE CÁLCULOS

6.1 DETERMINACION DE LA GRAVEDAD ESPECIFICA Y
DENSIDAD DEL ETANOL 100% A 20 °C:

La gravedad específica tiene un valor
adimensional, este calculo es el mismo para las temperatura de 30
y 40 °C.

Con lo valores de la tabla 6.

Para determinación la densidad del etanol se dice
que guarda una relación con la densidad del agua respecto
a la gravedad específica calculada, entonces:

Y para una temperatura de 20 °C el agua tiene una
densidad de 0.99819 entonces decimos:

6.2 DETERMINACIÖN DE LA DEL ETANOL 100% A 20
°C:

Aplicando la formula de la viscosidad se puede obtener
la viscosidad de la muestra:

Reemplazando los valores en
la ecuación a 20 °C obtenemos la viscosidad del
etanol:

este procedimiento es repetitivo para temperaturas de 30
y 40 °C.

6.3 CALCULO DE LA DEL ETANOL AL 20 Y 60% A
20°C:

Etanol al 60%:

Con ayuda de esta ecuación se puede determinar la
densidad de una solución teniendo en cuenta que el
porcentaje indica la cantidad de alcohol que tiene en un 100% o
sea en 100 mL.

Aplicamos la formula con los datos obtenidos y nuestro
resultado es:

Una vez calculado la densidad se procede con el mismo
procedimiento con el que obtuvimos la viscosidad del etanol al
100%, obtener la viscosidad del etanol al 60%.

Etanol al 20%:

Realizamos los mismos pasos del problema
anterior:

Porcentajes de error:

Para el etanol al 20%:

Para el etanol al 60%:

7.
DISCUSIÓN DE RESULTADOS

• Se puede percatar que la densidad de la sustancia
  disminuye cuando la temperatura va aumentando lo cual se puede
  apreciar en la grafica log() vs 1/T. También notamos que cuando la
  temperatura aumenta la viscosidad disminuye.
• El método del picnómetro es un
  método muy exacto, además con ayuda de una
  balanza analítica los valores de los pesos son mas
  exactos y se puede determinar la densidad muy próxima a
  la teórica para así poder hallar las viscosidades
  a diferentes temperaturas.
• La misma concentración de la solución,
  nos genero
  resultados diferentes de viscosidad ya que presentaba un peso
  molecular bajo (20% en peso) y luego un peso molecular de
  etanol un poco alto (60% en peso). Esto hizo que la viscosidad
  varíe en ciertas proporciones con respecto a la muestra
  pura (100%).
• El porcentaje de error tiene mucho que ver con los
  tiempos hallados con el viscosímetro de Ostwald y la
  determinación de la densidad de la sustancia pura a una
  temperatura de 20°C, ya que estos valores luego son
  utilizados para determinar las viscosidades de las
  sustancias
• La grafica .log(

) vs 1/T para el etanol 100% nos da a entender que
cuando menor es la inversa de la temperatura (es decir la
temperatura es mayor) entonces el valor del log(viscosidad) va a
disminuir de forma lineal (la viscosidad disminuye). Es decir la
ecuación de esta grafica tendría la forma y = aX +
b.

8.
CONCLUSIONES

• A mayor temperatura el valor de la viscosidad va a
  disminuir.
• De la grafica vs a temperatura constante se puede concluir que la
  viscosidad no depende de su concentración ya que los
  puntos me arrojan una curva y no presenta una
  progresión.
• Las viscosidades de los líquidos se pueden
  calcular a partir de las densidades que se calculan para cada
  temperatura.
• Con el viscosímetro de Ostwald se pueden
  determinar adecuadamente los tiempos en los que el liquido va a
  pasar de un punto A a un punto B.
• El método del picnómetro resulta ser
  mas exacto para la determinación de la densidad de los
  líquidos.
• Los líquidos con viscosidades bajas fluyen
  fácilmente y cuando la viscosidad es elevada el liquido
  no fluye con mucha facilidad.
• La viscosidad y la densidad de las soluciones que se
  estudian van a depender de las concentraciones que tengan
  dichas soluciones.
• El log(

) vs 1/T va a tender para los líquidos a formar
una línea recta.

9.
RECOMENDACIONES

• Tratar de mantener la temperatura constante cuando se
  trabaja con el viscosímetro Ostwald, para la
  determinación de las viscosidades de las diversas
  soluciones que se van a estudiar.
• Se deben tomar los tiempos de manera exacta cuando el
  liquido que se estudia pasa de un punto A a un punto B en el
  viscosímetro.
• Los materiales que se utilizan para las diversas
  mediciones se deben lavar y secar por completo en la
  estufa.
• El picnómetro debe de ser llenado
  completamente hasta el capilar; luego del baño se debe
  de secar por completo el picnómetro antes de ser
  pesado.
• El volumen que se utiliza de agua debe ser el mismo
  para las soluciones de etanol que se han utilizado.

10.
BIBLIOGRAFÍA

• Maron S., Lando J, "Fisicoquímica
  Fundamental", 2da ed, Ed. Limusa, México, 1987, pag 70 –
  75.
• Crockford H., Navell J., "Manual de
  Laboratorio
  de Química
  Física",
  1ra ed, Ed. Alambra, Madrid,
  1961, pag 70 – 73.
• Glasstone S. "Tratado de química
  física", 7ma ed, Ed. Aguilar, España,
  1979, pag 449 – 452.
• Pons Muzzo G., "Fisicoquímica", 5ta edición, Ed. Universo SA,
  Lima, 1981.

• CRC, "Handbook of Chemestry and Physics", 847d ed, Ed
  CRC Press, 2003 – 2004, pag 10 – 141 15 –
  23.
• Norbert Adolph Lange, "Handbook of Chemestry", Ed. Mc
  Graw Hill, Book Company,1974.

11. APÉNDICE

11.1 CUESTIONARIO:

1. Porque es una propiedad que permitirá
   conocer si una sustancia fluirá de manera
   fácil o con dificultades y así poder definir
   algunas de sus propiedades.

2. Porque es necesario conocer la viscosidad de
   una sustancia?

   Como método analítico se puede
   considerar el método de pares de puntos en el cual
   se toman 2 ecuaciones extremas y se forma una serie de
   ecuaciones. Como método grafico se puede utilizar el
   método de mínimos cuadrados con el cual se
   puede halar la pendiente y la constante de la
   ecuación.

3. Explique algunos métodos
   analíticos y/o gráficos para estimar la viscosidad de
   una sustancia.
4. indique otros métodos experimentales
   para la determinación de la viscosidad de
   líquidos, dando una breve
   explicación.

• El método de la bola que cae,
  consiste en determinar el tiempo que tarda una esfera de peso
  y tamaño conocido en caer a lo largo de una columna de
  diámetro y longitud conocida del liquido en
  cuestión.
• Con el viscosímetro de Ostwald, que
  consiste en medir el tiempo que tarda en fluir un volumen
  conocido de liquido a través de un capilar de longitud
  y radio conocido.
• La ley de
  Stokes, que es aplicable a la caída de cuerpos
  esféricos en todos los tipos de fluido siempre que el
  radio r del cuerpo que cae sea grande en
  comparación con la distancia entre
  moléculas.

Autor:

Peña Pintado, Luis

Carrera: Química Pura

AREA: Fisicoquímica

Estudios en: UNMSM