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GRADUAÇÃO PLENA EM LICENCIATURA EM QUÍMICA
EMERSON ALVES SANTOS
FERNANDA PAULA
ISMAEL HOLANDA DO VALE
JONAS TADEU LIMA NUNES
Físico-Química I
(Prática viscosidade dos Líquidos)
Petrolina
2017
EMERSON ALVES SANTOS
FERNANDA PAULA
ISMAEL HOLANDA DO VALE
JONAS TADEU LIMA NUNES
Físico-Química I
(Prática viscosidade dos Líquidos)
Relatório de Físico-Química I, oferecido ao curso de Licenciatura em Química, com o intuito de facilitar a aprendizagem em viscosidade dos líquidos a partir da prática experimental.Docente responsável: Débora Carvalho dos Anjos. Relatório de Físico-Química I, oferecido ao curso de Licenciatura em Química, com o intuito de facilitar a aprendizagem em viscosidade dos líquidos a partir da prática experimental.Docente responsável: Débora Carvalho dos Anjos.
Relatório de Físico-Química I, oferecido ao curso de Licenciatura em Química, com o intuito de facilitar a aprendizagem em viscosidade dos líquidos a partir da prática experimental.
Docente responsável: Débora Carvalho dos Anjos.
Relatório de Físico-Química I, oferecido ao curso de Licenciatura em Química, com o intuito de facilitar a aprendizagem em viscosidade dos líquidos a partir da prática experimental.
Docente responsável: Débora Carvalho dos Anjos.
Petrolina, Fevereiro de 2017
INTRODUÇÃO
Na natureza a matéria é encontrada em três estados físicos, isso se dá pela força existente entre as moléculas, chamada de forças intermoleculares. Existem ainda, as forças intramoleculares, que ocorrem entre os átomos e são responsáveis pelas ligações químicas.
As fases da matéria incluem os três estados físicos comuns: sólidos, líquido e gás. O carbono é um exemplo de substância que possui mais de uma fase sólida, como o diamante e a outra grafita. Para que haja a mudança de fase, no caso, para que um gás se condense e forme líquido ou um sólido, essa mudança vai depender da intensidade das forças atrativas entre as moléculas e da pressão, pois quanto mais próximas estiverem duas moléculas, maior será a atração entre si e quanto mais longe mais fraca será a atração entre elas, vale ressaltar que essa atração surge entre cargas elétricas opostas. (BRADY,2011).
Têm-se algumas das principais forças de atração que influenciam nas moléculas e na forma que elas se comportam quando em fases diferentes da matéria, sendo elas: as interações íon-dipolo que é quando os íons interagem com as moléculas polares; Dipolo-Dipolo ocorre entre moléculas com dipolos permanentes; Interações de London existente em todos os átomos, moléculas e íons; ligação de hidrogênio que é quando a molécula faz ligação de H com N, O ou F. (BROWN, 2005).
Intensidade das forças:
Íon-Dipolo > Ligação de Hidrogênio > Dipolo-Dipolo> Dipolo induzido (London)
As forças intermoleculares influenciam em algumas propriedades dos líquidos, como por exemplo: O ponto de ebulição é maior quando as forças intermoleculares são mais fortes, ou seja, maior será a temperatura necessária para romper as forças existentes na molécula. Assim como o ponto de ebulição o ponto de fusão está ligado às forças presentes nas moléculas, quanto maior a força maior será o ponto de fusão. Outra propriedade importante dos líquidos e sólidos é a viscosidade, que pode ser definida como "a resistência ao escoamento. Quanto maior for a viscosidade, mais lento será o escoamento" (ATKINS, 2005)
.
A viscosidade de cada substância líquida recebe de fatores como, quanto maior a massa molar, maior o tamanho, maior as forças de London, mais difícil será a sobreposição das moléculas e, por conseguinte, maior será a viscosidade. E quanto maior for a temperatura de alguns líquidos, maior a energia cinética, maior a facilidade de sobreposição das moléculas, pois elas estarão mais livre para se mover e assim, menor será a sua viscosidade.
Relacionando o tempo de fluidez de um liquido e sua viscosidade pode-se destacar a seguinte observação:
Escorre em um tempo maior – Mais viscoso;
Escorre em um tempo menor mais- Menos viscoso.
OBJETIVO
Estimar a viscosidade de alguns líquidos em função do seu tempo de escoamento.
MATERIAIS E REAGENTES
Relação dos materiais e reagentes utilizados na prática
Materiais
Reagentes
Garra para suporte de ferro
Etanol comercial
Suporte de ferro
Acetona comercial
Pipeta
Glicerina
Seringa 10 Ml
Solução de cloreto de sódio 200 g L-1
Béquer
Água destilada
Bastão de vidro
Manta aquecedora
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Montou-se o tubo da seringa no suporte de ferro com o auxílio de uma garra, abaixo da seringa colocou-se um béquer para recolher os líquidos escoados.
Preencheu-se a seringa com água, manteve-se o bico fechado, até a marca de 10 ml.
Abriu-se a seringa e ao mesmo tempo foi dada a partida no cronometro e determinou-se o tempo de escoamento, até que o nível chegue à marca zero da graduação.
Repetiu-se o experimento mais duas vezes e anotou-se a média de tempo e desvio padrão da água.
Repetiu-se o experimento com
Água quente (60° C)
Etanol (95%)
Acetona (99,5%)
Solução de cloreto de sódio
Mistura de água/glicerina na proporção de 1:1
Lavou-se a seringa na troca de experimento com os reagentes a ser usado para remover qualquer resíduo.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Diante de observações feitas durante a realização do experimento, podem-se obter os seguintes resultados em relação ao tempo de escoamento dos líquidos estudados.
No primeiro experimento realizado preencheu-se a seringa com água a temperatura de 27ºC, manteve-se o bico fechado, até a marca de 10 ml.
Abriu-se a seringa e ao mesmo tempo foi dada a partida no cronometro e determinou-se o tempo de escoamento, até que o nível chegue à marca zero da graduação (FIGURA 1)
Figura 1: Realização do procedimento experimentalFigura 1: Realização do procedimento experimental
Figura 1: Realização do procedimento experimental
Figura 1: Realização do procedimento experimental
O procedimento foi realizado em triplicata e obteve-se os seguintes resultados:
Escoamento da água à 27ºC
Amostra
Tempo
1º
07, 52 s
2º
07,47 s
3º
07,29 s
Tempo médio: [(07,52 + 07,47 + 07,29) / 3]
Tempo médio: 07,42 s
Desvio Padrão – Sendo S= x'-x''2n-1 e x'= Valor unitário, x'' = Média, n = Número e escoamentos, temos que:
S= 07,52-07,422+ 07,47-07,422+(07,29-07,42)²3-1 S= 0,12+(0.05)²+(-0,13)²2
S=0,01+0,0025+0,01692 S=0,0147
*Desvio Padrão 0,12
Para o segundo experimento realizado preencheu-se a seringa com água a temperatura de 60ºC, esta foi previamente aquecida na manta aquecedora, preenchida a seringa, manteve-se o bico fechado, até a marca de 10 ml.
Abriu-se a seringa e ao mesmo tempo foi dada a partida no cronometro e determinou-se o tempo de escoamento, até que o nível chegue à marca zero da graduação, procedimento realizado em triplicata (FIGURA 2) .
Figura 2: Realização do segundo procedimento experimentalFigura 2: Realização do segundo procedimento experimental
Figura 2: Realização do segundo procedimento experimental
Figura 2: Realização do segundo procedimento experimental
Escoamento da Água à 60º C
Amostra
Tempo
1º
06,45 s
2º
06,85 s
3º
06,86 s
Tempo médio: [(06,45 + 06,85 + 06,86) / 3]
Tempo médio: 06,72 s
Desvio Padrão – Sendo S= x'-x''2n-1 e x'= Valor unitário, x'' = Média, n = Número e escoamentos, temos que:
S= 06,45-06,72 2+ 06,85-06,72 2+(06,86-06,72 )²3-1 S= (-0.27)2+(0.13)²+(0.14)²2
S=0.0729+0.0169+0.01962 S=0,0547
*Desvio Padrão 0,23
Para o terceiro experimento realizado preencheu-se a seringa com etanol comercial manteve-se o bico fechado, até a marca de 10 ml.
Abriu-se a seringa e ao mesmo tempo foi dada a partida no cronômetro e determinou-se o tempo de escoamento, até que o nível chegue à marca zero da graduação, Seguindo o padrão, o experimento foi realizado em triplicata (FIGURA 3).
Figura 3: Terceiro procedimento experimentalFigura 3: Terceiro procedimento experimental
Figura 3: Terceiro procedimento experimental
Figura 3: Terceiro procedimento experimental
Escoamento da Etanol
Amostra
Tempo
1º
07,14 s
2º
07,30 s
3º
07,17 s
Tempo médio: [(07,14 + 07,30 + 07,17) / 3]
Tempo médio: 07,20 s
Desvio Padrão – Sendo S= x'-x''2n-1 e x'= Valor unitário, x'' = Média, n = Número e escoamentos, temos que:
S= 07,14-07,20 2+ 07,30-07,20 2+(07,17-07,20 )²3-1 S= (-0,06)2+(0.1)²+(-0,03)²2
S=0,0036+0,01+0,00092 S=0,00725
*Desvio Padrão 0,08
Para o quarto experimento realizado preencheu-se a seringa com acetona comercial manteve-se o bico fechado, até a marca de 10 ml.
Abriu-se a seringa e ao mesmo tempo foi dada a partida no cronometro e determinou-se o tempo de escoamento, até que o nível chegue à marca zero da graduação, Seguindo o padrão, o experimento foi realizado em triplicata (FIGURA 4)
Figura 4: Quarto procedimento experimentalFigura 4: Quarto procedimento experimental
Figura 4: Quarto procedimento experimental
Figura 4: Quarto procedimento experimental
Escoamento da Acetona
Amostra
Tempo
1º
06,46 s
2º
06,67 s
3º
06,51 s
Tempo médio: [(06,46 + 06,67 + 06,51) / 3]
Tempo médio: 06,54 s
Desvio Padrão – Sendo S= x'-x''2n-1 e x'= Valor unitário, x'' = Média, n = Número e escoamentos, temos que:
S= 06,46-06,542+ 06,67-06,542+(06,51-06,54)²3-1 S= (-0,08)2+(0,13)²+(-0,03)²2
S=0,0064+0,0169+0,00092 S=0,0881
*Desvio Padrão =0,29
Para o quinto experimento realizado preencheu-se a seringa com solução de cloreto de sódio, manteve-se o bico fechado, até a marca de 10 ml.
Abriu-se a seringa e ao mesmo tempo foi dada a partida no cronometro e determinou-se o tempo de escoamento, até que o nível chegue à marca zero da graduação, o experimento foi realizado em triplicata (FIGURA 5)
Figura 5: Procedimento experimental com a solução de cloreto de sódioFigura 5: Procedimento experimental com a solução de cloreto de sódio
Figura 5: Procedimento experimental com a solução de cloreto de sódio
Figura 5: Procedimento experimental com a solução de cloreto de sódio
Escoamento do Cloreto de Sódio
Amostra
Tempo
1º
07,51 s
2º
07,40 s
3º
07,17 s
Tempo médio: [(07,51 + 07,40 + 07,17) / 3]
Tempo médio: 07,36 s
Desvio Padrão – Sendo S= x'-x''2n-1 e x'= Valor unitário, x'' = Média, n = Número e escoamentos, temos que:
S= 07,51-07,36 2+ 07,40-07,36 2+(07,17-07,36 )²3-1 S= (0,15)2+(0,04)²+(-0,19) 2
S=0,0225+0,016+0,03612 S=0,0301
*Desvio Padrão 0,17
Para o sexto experimento realizado preencheu-se a seringa com solução de água e glicerina 1:1, manteve-se o bico fechado, até a marca de 10 ml.
Abriu-se a seringa e ao mesmo tempo foi dada a partida no cronometro e determinou-se o tempo de escoamento, até que o nível chegue à marca zero da graduação, o experimento foi realizado em triplicata (FIGURA 6)
Figura 6: Procedimento experimental com a solução de água e glicerinaFigura 6: Procedimento experimental com a solução de água e glicerina
Figura 6: Procedimento experimental com a solução de água e glicerina
Figura 6: Procedimento experimental com a solução de água e glicerina
Escoamento da Mistura Água/Glicerina
Amostra
Tempo
1º
08,56 s
2º
08,65 s
3º
08,52 s
Tempo médio: [(08,56 + 08,65 + 08,52) / 3]
Tempo médio: 08,57 s
Desvio Padrão – Sendo S= x'-x''2n-1 e x'= Valor unitário, x'' = Média, n = Número e escoamentos, temos que:
S= 08,56-08,572+ 08,65-08,572+(08,52 -08,57 )²3-1 S= (-0,01)2+(0,08)²+(-0,05)²2
S=0,0001+0,0064+0,0025,2 S=0,0045
*Desvio Padrão 0,06
Analisando os resultados obtidos experimentalmente, percebeu-se que a solução de acetona (C3H6O) teve menor tempo de escoamento, indicando que é a mistura com maior facilidade em fluir, pois assim como as outras substâncias, possui força de dispersão de London e dipolo – dipolo, contudo, seu componente majoritário – acetona – não possui ligação de hidrogênio, como as demais moléculas, contribuindo para que diminuam as forças intermoleculares, e facilitando a fluidez do líquido.
A de segundo menor tempo observado foi à água (H2O) à 60°C, pois ao aquecer a água, as forças intermoleculares são parcialmente rompidas, o que irá facilitar a movimentação de suas moléculas, aumentando a energia cinética das mesmas.
O etanol (C2H6O) possui forças de London, interação de dipolo-dipolo e interações de hidrogênio, assim como as moléculas da água, contudo o momento dipolo entre os átomos do mesmo é menor que o da água, devido a diferença de eletronegatividade entre oxigênio e hidrogênio serem maiores que a diferença entre oxigênio e carbono. Apesar do etanol ser uma molécula maior que a da água, aumentando assim o efeito da polarizabilidade, a ligação de hidrogênio, que é uma ligação forte, se intensifica com o maior dipolo permanente, tornando a água mais viscosa, à temperatura ambiente, que o álcool etílico.
A solução de cloreto de sódio, experimentalmente, teve viscosidade menor que a água à temperatura ambiente, entretanto a literatura traz a informação contrária, esse erro deve-se ao fato do improviso do viscosímetro e da cronometragem. Ao se dissolver na água, o cloreto de sódio se dissocia em íons positivos e negativos, os quais têm interações íon - dipolo com a água, caracterizando uma ligação mais forte que a ligação de hidrogênio da água, por exemplo.
A Solução de glicerina 1:1 (C3H8O3 + H2O) obteve o maior tempo de escoamento, possuindo também maior massa molar, e quanto maior a massa, maior as interações intermoleculares, mais difíceis são as movimentações das moléculas entre si, e maior será a dificuldade do liquido fluir. Sendo, portanto, a mais viscosa das soluções. Além disto, a molécula da glicerina possui três pontos em que pode fazer ligações de hidrogênio, representados pelos grupos hidróxis.
OBSERVAÇÕES:
Experimentalmente foram esses os resultados obtidos em ordem crescente de viscosidade:
Acetona < Água 60°C < Etanol < Solução de cloreto de sódio < água à 27ºC < Água+ Glicerina 1:1
Entretanto, ao analisar as massas moleculares e a intensidade das forças intermoleculares (TABELA 1), assim como o tempo percebe-se uma alteração em relação aos dados obtidos experimentalmente, isso porque deve-se levar em conta a improvisação do viscosímetro e falhas em relação ao cronometrar o tempo de escoamento.
Relação das amostras com a massa molecular e as interações intermoleculares
Interações intermoleculares
AMOSTRA
(10ml)
MASSA MOLECULAR DO SOLUTO (MM)
Íon- Dipolo
Ligação de Hidrogênio
Dipolo-Dipolo
Dipolo induzido (London)
Água
18u
X
X
X
Água 60°C
18u
X
X
X
Solução de Etanol
46u
X
X
X
Solução de Acetona
58,08u
X
X
Solução de Cloreto de sódio
58,44 u
X
X
X
X
Solução de Glicerina
92u
X
X
X
Tabela 1: Relação das amostras com suas massas e interações intermoleculares
Observando os dados da tabela anterior e levando em conta o que diz a literatura, essa seria a ordem correta de viscosidade das soluções:
Acetona < Etanol < Água 60°C < Água < Solução de cloreto de sódio < Água/Glicerina 1:1
CONCLUSÕES
Portanto, através da prática foi possível estimar a viscosidade dos líquidos , já que a viscosidade é inversamente proporcional à velocidade de escoamento. Concluiu – se que o aumento de temperatura diminui a viscosidade dos líquidos, e que substâncias que possuem forças intermoleculares com forças efetivas maiores, apresentam tempo de escoamento maior.
REFERÊNCIAS
ATKINS, P.W.; JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 3. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006.
BRADE, James E. Química, a matéria e suas transformações. 5. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011.
BROWN, Theodore; LEMAY, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E. Química: a ciência central. 9 ed. Prentice-Hall, 2005.
E. L. Silva Vaz, H. A. Acciari, A. Assis, E. N. Codaro. Uma experiência didática sobre viscosidade e densidade. Química Nova na Escola 34 (3) 155-158. 2012.
ALMEIDA, LUNSA M. D. VISCOSIDADE DE SOLUCÕES MUITO CONCENTRADAS
DE NITRATO DE LÍTIO.Núcleo de Química Física. Faculdade de Ciências de Lisboa. 1973.
