Universidade Federal de Minas Gerais

Instituto de Ciências Exatas

Departamento de Química

Determinação do coeficiente de viscosidade

Felipe Marques da Silva

Curso de Química Tecnológica, Turma PF2, Prof. Bernardo Lages

Belo Horizonte, 28 de abril de 2015.

Introdução

Uma propriedade, físico-química, útil para ser estudada em substâncias é a sua viscosidade. Ela pode fornecer caracterizações para a determinação da pureza ou concentração de uma dada substância em uma solução. Nos líquidos, a viscosidade é atribuída às forças intermoleculares existentes em uma substância, dessa forma, quanto maior as forças intermoleculares, maior será a sua viscosidade. Se imaginarmos duas lâminas de mesma área, separadas por uma distância dentro da substância a ser analisada; ao aplicarmos uma força em uma das lâminas a mesma ira se deslocar com uma determinada velocidade, em consequência das interações moleculares a outra lâmina irá se mover com uma velocidade proporcional a viscosidade da substância, pois pela interação intermolecular a placa que esta sendo empurrada por uma força irá mover uma quantidade de moléculas da substância que por sua vez irá mover a outra placa. A relação entre a força usada para deslocar a lâmina a uma determinada velocidade e a outra lâmina separada por uma determinada distância é denominada como coeficiente de viscosidade ou simplesmente a viscosidade de um líquido. Para se determinar a viscosidade de um líquido pode-se utilizar um viscosímetro e um dentre os muitos existentes o viscosímetro de Cannon-Fenske utiliza o escoamento laminar como forma de medida.

Figura 1: Viscosímetro Cannon-Fenske A utilização dos “viscosímetros cinemáticos”, batizados segundo os nomes de seus inventores ou fabricantes, baseia-se na observação do tempo gasto para um liquido fluir, sob a influência da gravidade, através de um tubo capilar de raio e comprimentos

conhecido, escoando, de um reservatório superior de volume V definido, para um segundo reservatório inferior, como é possível ver na figura 1. O coeficiente de viscosidade pode, então, ser determinado através da equação de Poiseuille:

Sendo muito difícil a medição direta da viscosidade de uma solução, pode-se medi-la através de uma relação da substância da qual queremos descobrir sua viscosidade com uma substância de referência, no qual é feita a medida da viscosidade de ambos em um mesmo viscosímetro em uma mesma temperatura, dessa forma como r, g, h, l e V são iguais para as duas substâncias temos a seguinte relação:

Objetivo

Determinar a constante de viscosidade de

uma solução. Material

Viscosímetro de Cannon-Fenske, cronômetro, provetas de 10 ml, termômetro. Procedimento

Inicialmente foi medido 10ml de água destilada em uma proveta, encheu-se o viscosímetro e com o auxilio de um cronometro fez-se as medições do tempo de escoamento. O processo foi repetido para a solução que queríamos descobrir o coeficiente de viscosidade. Ressaltando que o processo foi feito em triplicata para as duas amostras, a de água e a solução. Os dados obtidos podem ser vistos na tabela 1.

Tabela 1: Tempo de escoamento de 10 ml de solução liquida no viscosímetro. Água pura (s) Solução (s) 271,13 317, 28 271, 09 317, 16 271, 00 317, 19 Utilizou-se a equação:

No qual: n1 = Constante de viscosidade da solução t1 = Tempo de escoamento da água ρ1 = Densidade da água n2 = Constante de viscosidade da água t2 = Tempo de escoamento da água ρ2 = Densidade da água Sabendo os valores da densidade da água e sua respectiva viscosidade na temperatura ambiente, que era de 24,5 °C, temos:

Conclusão Foi possível nos inteirar da utilização de um viscosímetro, verificando na prática como determinar a constante de viscosidade através da equação de Poiseuille e verificar o conceito de viscosidade laminar. O valor da constante de viscosidade encontrado foi de 1,046 cPs para a solução de água com etanos, na proporção de 95ml de água para 5 ml de etanol. Pode-se ver abaixo uma tabela com os resultados de outras proporções. Tabela 2: Constante de viscosidade para varias proporções de solução de água e etanol.

Solução Volume de água (ml)

Volume de etanol (ml)

Const. De viscosidade

(cPs)

1 95 5 1,04

2 85 15 1,33

3 70 30 1,94

4 50 50 2,31

5 30 70 2,18

6 00 100 -

Obs.: O último dado não foi obtido a tempo.

É possível observar que quanto maior a igualdade entre a proporção de água e etanol, maior é a sua constante de viscosidade. Isso acontece porque nessa proporção a interação intermolecular é maior, fazendo com que a solução tenha uma maior viscosidade e portando uma maior constante de viscosidade.