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Exp 4 Ostwald

Prática de físico-química experimental sobre DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE VISCOSIDADE PELO VISCOSÍMETRO OSTWALD.

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Determinação do coeficiente de viscosidade pelo viscosímetro Ostwald O coeficiente de viscosidade de líquidos pode ser determinado por vários métodos experimentais. Por exemplo, determinando a velocidade de vazão do fluido através de um capilar (o coeficiente de viscosidade é dado pela lei de Poiseuille), a velocidade com que a esfera cai no fluido (neste caso é a lei de Stokes que se aplica), etc. No caso da vazão de um fluido através de um capilar o coeficiente de viscosidade, segundo Poiseuille, é: " "(01)" onde P é a pressão hidrostática sobre o líquido, em N.m-2, V é o volume, em m3, do líquido que flui em t segundos através do capilar de raio r e de comprimento L, em metros. O viscosímetro de Ostwald (Figura 1) permite uma determinação simples do coeficiente de viscosidade a partir de um padrão. Neste caso as medidas de viscosidade são feitas por comparação entre o tempo na vazão de um fluido de viscosidade conhecida, geralmente água, e o de um fluido de viscosidade desconhecida, uma vez que uma medida absoluta do coeficiente de viscosidade é difícil. A partir da equação (1), pode-se chegar a: " "(02)" onde d1 e d2 são as densidades dos fluidos conhecido e desconhecido, respectivamente, e t1 e t2 são os tempos gastos para que se escoem volumes iguais. Figura 01: Viscosímetro de Ostwald. A precisão na operação com este viscosímetro, depende do controle e da medida das seguintes variáveis: temperatura, tempo, alinhamento vertical do capilar e volume da substância estudada. O efeito da temperatura sobre o coeficiente de viscosidade de um fluido difere notadamente segundo o fluido é um líquido ou gás. Nos gases, o coeficiente aumenta com a temperatura, mas nos líquidos diminui marcadamente com a elevação da temperatura. A relação dos coeficientes de viscosidade dos líquidos com a temperatura é dada pela equação de Carrancio: " "(03)" "ou " " " " " " " " " "(04)" onde A e B são constantes próprias dos líquidos dados, sendo B uma medida de energia necessária para fazer o líquido fluir. A partir da equação (04) pode-se obter uma reta, lançando ln ( em função de 1/T. Procedimentos: O viscosímetro deve ser isento de resíduos de amostras. Determina-se o volume de amostra necessária para que o reservatório inferior contenha até 2/3 de líquido. Acondicione o viscosímetro, contendo em seu interior o volume de água determinado acima, num banho termostático a 25(C. Espere que o sistema atinja o equilíbrio térmico. Por sucção, através do tubo de borracha, eleve o líquido no interior do tubo até preencher a dilatação pequena e passar um pouco acima da marca superior. Deixe o líquido escoar para verificar se o escoamento está se processando convenientemente e sem que gotas fiquem aderidas às paredes do tubo. Se isto acontecer, o viscosímetro deve ser esvaziado e novamente limpo com cuidado. Torne a aspirar o líquido até uns 2 cm acima da marca superior (reproduzir sempre esta mesma posição em todas as medidas, não devendo elevar-se acima do nível da água do banho termostático) e mantenha a posição pinçando o tubo de borracha. Abre-se a pinça e, quando o menisco do líquido passar pelo traço superior, dê partida ao cronômetro. Quando o menisco alcançar a marca inferior, trave o cronômetro. Repita a determinação cinco vezes com o mesmo líquido(seguir indicações de normas). Se o viscosímetro estiver convenientemente limpo, os tempos de escoamento não diferirão de mais de 0,2 %. No caso de tempos de escoamento diferirem de mais de 0,2 %, precisa-se examinar cuidadosamente a técnica e o material para encontrar a origem dos erros. Retire o viscosímetro do banho termostático e seque-o muito bem. Utilizando o densímetro, determine a densidade da água na temperatura do banho termostático. Torne a colocar o viscosímetro no banho termostático. Por meio da pipeta coloque no viscosímetro a substância cuja viscosidade deve ser determinada no mesmo volume que anteriormente. Espere de 15 a 20 minutos para que se estabeleça o equilíbrio térmico. Depois execute uma série de determinações do tempo de escoamento, tendo o cuidado de conduzir as operações nas mesmas condições anteriores. Com o auxílio do densímetro, determine a densidade do líquido-problema à temperatura do banho termostático. Faça o experimento, utilizando como líquido-problema o tetracloreto de carbono, a acetona e o metanol. Repita o processo acima nas temperaturas de 25, 35, 45 e 55 (C, desde que a temperatura de ebulição do líquido-problema não esteja muito próxima da temperatura do banho termostático. Para cada temperatura, faça os experimentos com água e com os líquidos-problemas. Tratamento de dados: À pressão de 760 torr, a viscosidade da água, segundo o National Bureau of Standards, é dada na Tabela 01. Tabela 01: Coeficiente de viscosidade e densidade da água a várias temperaturas. "Temperatura (°C)"Coeficiente de viscosidade "Densidade (g.cm-3) " " "(em milipoise) " " "10 "13,07 "0,99973 " "15 "11,39 "0,99913 " "20 "10,02 "0,99822 " "25 "8,904 "0,99707 " "30 "7,975 "0,99568 " "35 "7,194 "0,99406 " "40 "6,529 "0,99225 " "50 "5,468 "0,98807 " "60 "4,665 "0,98323 " Para cada líquido problema, completa-se uma planilha (Tabela 2). Tabela 02: Medidas de viscosidade, densidade e tempo de escoamento. "Amostra "(H2O "dH2O "tH2O "d "t "( " " " " " " " " " " " " " " " " " Para cada líquido e para cada temperatura repita o tratamento acima gerando dados para a tabela 03. Tabela 03: Medidas de viscosidade à várias temperaturas. "Líquido-problema "T (K) "1/T "( "ln ( " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " Gráficos podem ser montados a partir do logaritmo do coeficiente de viscosidade em função do inverso da temperatura absoluta. Desta forma será possível estimar a viscosidade para qualquer variação de temperatura. Referências Bibliográficas: BUENO, Willie A. "Manual De Laboratório De Físico-Química". São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1980. INNES, K. K. J. Chem. Ed., 38, 564, 1961. ANDER, P. J. Chem. Ed., 47, 233, 1970. SORREL, C. A. J. Chem. Ed., 48, 253, 1971. MILLER, J. F. e GORYS, J. G. J. Chem. Ed., 48, 475, 1971. SHEARER, C. e RUMPEL, M. L. J. Chem. Ed.,51, 140, 1974. BARROW, Gordon M. "Química Física". 2. ed. - Barcelona : Reverte, 1972.