1 ObjetivoEsse experimento objetiva a correlao dos ndices de viscosidade em funo da estrutura molecular das substncias ciclohexano, etanol, etilenoglicol e glicerina.

2 IntroduoA viscosidade uma propriedade fsica que deve ser levada em considerao quando se trabalha com lquidos. Se compararmos dois lquidos como a gua e o melao, veremos que o melao bem mais viscoso do que a gua. Segundo Chang (2006), [...] a viscosidade uma medida da resistncia que um lquido oferece ao escoamento. Quanto maior a viscosidade mais lentamente o lquido flui..Essa propriedade fsica depende tanto da temperatura quanto do tipo de interao molecular presente entre as molculas. Atkins e Jones (2013) afirmam que, normalmente, a viscosidade diminui medida que a temperatura aumenta. Interaes moleculares fortes, por sua vez, mantm juntas as molculas, dificultando seu afastamento e gerando lquidos mais viscosos.As foras moleculares so foras atrativas entre as molculas e que dependem da polarizabilidade destas. Entre molculas polares, ocorrem foras do tipo dipolo-dipolo, on-dipolo e ligao de hidrognio. J entre molculas apolares ocorrem foras do tipo dipolo induzido.Segundo Brown, Lemay e Bursten (2005), uma fora on-dipolo ocorre entre um on e a carga parcial de um lado de uma molcula polar. A molcula polar um dipolo, pois possui um lado positivo e negativo. O lado positivo do dipolo atrado por um nion, enquanto o lado negativo atrado por um ction. As foas do tipo dipolo-dipolo existem entre molculas neutras, que se atraem quando o lado de positivo de uma molcula est perto do lado negativo da outra. J a ligao de hidrognio um tipo de ligao dipolo-dipolo mais forte, que [...] ocorre entre molculas onde um tomo de hidrognio se encontra ligado covalentemente ao flor, oxignio e hidrognio. (CALLISTER, 2008).Por fim, as foras do tipo dipolo-dipolo tambm so conhecidas como foras de London, na qual o movimento de eltrons em um tomo ou molcula cria um momento dipolo instantneo. Esse dipolo temporrio, por sua vez, induz um dipolo similar num tomo adjacente, fazendo com que ocorra uma atrao entre eles.

3 Materiais e mtodosBalana AnalticaEsfera metlicaBquer 5 mLBureta 50 mLTrenaTermmetroCronmetro CiclohexanoEtanolEtilenoglicolGlicerinaSuporte Universal

Inicialmente, utilizando-se uma balana analtica, pesou-se uma esfera metlica, de raio 3,62mm (previamente calculado), obtendo-se sua massa (). Em seguida, com o auxlio de um bquer de 5 mL, mediu-se 5 mL do lquido, obtendo a massa em gramas do mesmo (). A partir de uma bureta de 50 ml, fizeram-seduas marcas, uma na parte superior e a outra na parte inferior da bureta, obtendo-se, atravs da utilizao de uma trena, distncia(d) entre elas. A marca superior foi estabelecida como o marco 0 mL da bureta e a marca inferior como o marco 50 mL da bureta para todos os lquidos, com exceo da glicerina. Para o estudo da glicerina demarcou-se o marco 0 mL como a marca superior e o marco 25 ml como a marca inferior.Aps a medio da distncia entre as marcas realizadas, encheu-se a bureta, at a borda, (acima da marca superior) com o lquido a ser estudado e mediu-se com um termmetro a temperatura deste lquido.Em seguida, soltou-se a esfera metlica na bureta e acionou-se o cronmetro no momento em que a esfera passou pela superior da bureta. Assim que a esfera passou pela marca inferior, o cronmetro foi parado e o tempo (t) anotado. Este procedimento de marcao do tempo foi realizado 2 vezes para a glicerina e 5 vezes para os demais lquidos.Os quatro tipos de lquidos utilizados, as massas obtidas das esferas, as massas dos lquidos, as distncias entre as marcas superiores e as marcas inferiores, as temperaturas e os tempos medidos para cada lquido encontram-se na tabela abaixo:

Tabela 1: Tipos de lquidos, valores das massas das esferas metlicas, das massas dos lquidos, da distncia entre as marcas na bureta, da temperatura e dos tempos obtidos. Lquido/ g/gd/cmT/Ct1/st2/st3/st4/st5/s

Etanol1, 04393, 869252,6250,470,690,560,710,82

Glicerina1, 04616, 406821,2277,197,53

Etilenoglicol1, 04385, 191953,7271,221,291,221,131,16

Ciclohexano1, 04603, 749656,5240,650,820,750,630,75

4 Resultados e Anlise dos resultadosOs dados coletados permitiram que se montassem duas tabelas que relacionassem essas medidas. Na tabela 2, foram adicionadas as massas do etanol, da glicerina, do etilenoglicol e do ciclohexano obtidas, bem como o volume desses lquidos medidos e a temperatura em que se encontravam no momento da medio. Os tempos cronometrados, tambm adicionados na tabela, permitiram que se calculasse uma mdia aritmtica desses valores. Por fim, a partir dos valores de massa e volume de cada lquido calcularam-se as densidades respectivas.A tabela 3, por sua vez, foi construda utilizando os dados coletados restantes. Ela contm a massa da esfera utilizada para cada lquido estudado, bem como os seus raios, que foram previamente calculados. A partir dos raios das esferas calculou-se o volume de cada uma, utilizando a frmula matemtica da rea de uma esfera que . A partir desses volumes, calcularam-se tambm as densidades das esferas. Nota-se que os valores das densidades so iguais para todas as esferas, uma vez que elas so constitudas do mesmo material.Nessa tabela encontram-se, tambm, as distncias medidas, convertidas para a unidade do metro e a velocidade das esferas obtidas atravs da formula fsica , onde v corresponde velocidade e d e t correspondem distncia e tempo, respectivamente.A ltima coluna da tabela 3 apresenta os valores dos ndices de viscosidade em cP para cada lquido. Esse clculo foi possvel utilizando-se a equao de Stokes: , onde V a velocidade da esfera, a densidade da esfera, a densidade do lquido, g a acelerao da gravidade (9,7976 m), r o raio da esfera e o ndice de viscosidade procurado.

Tabela 2: Tipos, volumes e temperaturas dos lquidos, tempos obtidos, mdia dos tempos e densidade dos lquidos.Lquido/kg/lT/Ct1/st2/st3/st4/st5/s/ (kg/

Etanol3,6920x 5x 250,470,690,560,710,820,6507,38x

Glicerina6,4068x5x 277,197,537,361,28x

Etilenoglicol5,1919x5x 271,221,291,221,131,161,201,04x

Ciclohexano3,7496x5x 240,650,820,750,630,750,7207,50x

Tabela 3: Tipos de lquidos, raios, volumes e densidades das esferas, distncia entre a marca superior e inferior, velocidade da esfera e ndice de viscosidade de cada lquido.Lquido/ kgr/m/cm(kg/d/mv/ m/ cP

Etanol1, 0439x3,62 x1,99 x5,25x0,5260, 809158

Glicerina1, 0461 x3,62 x1,99 x5,25x0,2120, 02883933

Etilenoglicol1, 0438 x3,62 x1,99 x5,25x0,5370, 4472690

Ciclohexano1, 0460 x3,62 x1,99 x5,25x0,5650,785163

A partir dos ndices de viscosidade calculados, possvel estabelecer uma relao entre esses valores e a estrutura molecular de cada lquido. Tanto o etanol, quanto a glicerina, o etilenoglicol e o ciclohexano so compostos orgnicos, apresentando diferenas quanto s funes as quais pertencem.Tanto o etanol, quanto a glicerina e o etilenoglicol so alcois e entre eles existem foras intermoleculares do tipo ligao de hidrognio. As estruturas do etanol, da glicerina, que tambm conhecida como glicerol, e do etilenoglicol, so respectivamente:

Etanol Glicerina Etilenoglicol

possvel notar que a glicerina e o etilenoglicol possuem os valores mais altos de ndice de viscosidade entre os lquidos estudados. O etanol, por pertencer mesma funo que estes dois lquidos tambm possui um ndice de viscosidade superior ao do ciclohexano. Entretanto, devido a erros de medidas provenientes da imperfeio humana, principalmente em relao cronometragem do tempo, o valor apresentado na tabela errneo.O maior ndice de viscosidade dos lcoois ocorre devido s foras intermoleculares presentes, que por serem do tipo ligao de hidrognio so mais intensas do que as demais. A comparao dos valores corretos desses trs lquidos mostraria que o ndice de viscosidade da glicerina maior do que o do etilenoglicol, que por sua vez maior do que o do etanol. Isso ocorre devido ao nmero de grupos- OH presentes na molcula, quanto maior esse nmero, maior o ndice de viscosidade. O ndice de viscosidade da glicerina superior aos demais porque [...]cada molcula possui trs grupos OH que podem participar em ligaes de hidrognio com outras molculas de glicerol.(CHANG, 2010). O outro lquido, o ciclohexano um hidrocarboneto, que possui estrutura molecular do tipo:

Por ser um hidrocarboneto, esse composto possui foras intermoleculares do tipo dipolo-induzido, que a mais fraca interao entre as demais. Logo, quanto mais fraca a fora intermolecular, menor a viscosidade. Por esse motivo, o ciclohexano, o lquido, que na realidade, possui o menor valor de ndice de viscosidade.Ainda acerca da estrutura molecular dos lquidos estudados, pertinente sua correlao com os valores das densidades calculados e apresentados na tabela 2.Os valores de densidade da tabela 2 mostram que a densidade do ciclohexano menor do que as densidades da glicerina, do etilenoglicol e do etanol. Essa menor densidade do ciclohexano, quando comparada aos demais lquidos se justifica a partir da funo orgnica da qual este lquido pertence.Como dito anteriormente, o ciclohexano pertence funo dos hidrocarbonetos, enquanto a glicerina, o etilenoglicol e o etanol so lcoois. Hidrocarbonetos so por natureza apolares logo, sua molculas tendem a ficar mais afastadas entre si, o que implica em menos molculas por unidade de volume e, por consequncia, uma menor densidade.A densidade dos lcoois, por sua vez, tende a ser menor quanto menor for o peso molecular da unidade. Dessa forma, o etanol menos denso do que os outros lquidos pertencentes sua funo uma vez que possui o menor peso molecular entre eles.Por fim, possvel comparar os valores de densidade e viscosidade calculados, com valores da literatura, fornecidos pela CETESB do governo do Estado de So Paulo e que se encontram na tabela abaixo (Tabela 4).

Tabela 4: Tipos de lquidos, densidade dos lquidos a 20 C e valores dos ndices de viscosidade a 25 C.Lquido

/ (g/ / cP

Etanol0,7901,11

Glicerina1,261100

Etilenoglicol1,11520

Ciclohexano0,7790,92

6 Referncias Bibliogrficas:ATKINS, Peter; JONES, Loretta. Princpios de qumica: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Traduo de Ricardo Bicca de Alencastro.5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2013.BROWN, Theodore L.; LEMAY Jr, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. Qumica: a cincia central. Traduo de Robson Mendes Matos. 9 ed. So Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005.CALLISTER Jr, Willian D. Cincia e Engenharia de Materiais Uma Introduo. Traduo de Srgio Murilo Stamile Soares. 7. ed. Rio de Janeiro: Livros Tcnicos e Cientficos Editora S.A, 2008.CETESB, Governo estadual de So Paulo. Ficha de Informao de Produto Qumico. Disponvel em :< http://sistemasinter.cetesb.sp.gov.br/produtos/produto_consulta_completa.asp>. Acesso em: 17 nov. 2013.CHANG, Raymond. Qumica Geral: conceitos essenciais. Traduo de Maria Jos Ferreira Rebelo; et al. 4. ed. Porto Alegre: AMGH Editora Ltda, 2006.