Universidade Estadual de LondrinaCurso de Qumica LicenciaturaDisciplina: Fsico Qumica Experimental IExperimento 4 Viscosidade de Lquidos19 de maio de 2014Equipe: Bruno Luiz Noronha da Silva; Carlos Henrique Vidigal Bazoni; Jhessica de Cssia Mendona; Michele Barbosa dos Santos.

1 INTRODUO

O termo reologia tem origem grega, sendo rheo = fluxo e logos = cincia, e foi introduzido por Bingham e Crawford no sculo XIX, adotado formalmente em 1929, com o intuito de identificar a parte da fsico-qumica que trata sobre as deformaes e fluxo de materiais causados pela aplicao de uma fora, onde para que um corpo flua, deve-se realizar sobre ele uma fora denominada na reologia de tenso de cisalhamento, que gerar uma gradiente de velocidade denominado gradiente de cisalhamento, velocidade de cisalhamento ou velocidade de deformao, que dependente da resistncia interna da substncia, ou seja, de sua viscosidade [1].Nos lquidos, a viscosidade estudada como escoamento laminar, no qual os lquidos podem ser divididos em camadas que possuem velocidades de deslocamento diferentes entre si, j que existe resistncia de escoamento entre as camadas e entre a parede do recipiente no qual o lquido est contido. A camada mais prxima da parede permanece estacionria devido ao atrito existente entre eles, enquanto que, quanto maior a proximidade com o eixo central do recipiente, maior a velocidade das camadas do lquido [2].O coeficiente de viscosidade, tambm denominado velocidade dinmica do fluido dado pela proporo entre a fora de cisalhamento e a superfcie de contato, sendo maior quanto maior a fora e menor a rea de contato. Deste modo, quanto maior o coeficiente de viscosidade, menor a fluidez e maior a viscosidade.3A viscosidade dos lquidos pode ser alterada com a dissoluo de macromolculas como, por exemplo, de acar, verificando-se que o aumento da concentrao de um soluto aumenta a viscosidade. Lquidos viscosos escoam lentamente e tambm retardam o movimento de objetos entre eles, tornando possvel a avaliao da propriedade por meio de um viscosmetro do Hppler, a partir do qual se mede o tempo que uma esfera slida necessita para percorrer a distncia entre dois pontos de referncia dentro de um tubo inclinado com a amostra.Atravs da viscosidade, podemos dividir os fluidos em duas classes, de acordo com suas propriedades de fluidez e deformao: fluidos newtonianos e fluidos no newtonianos. Um fluido Newtoniano mostra um nico valor de viscosidade, a uma dada temperatura. A viscosidade independente da taxa de deformao que o fluido est submetido. Exemplos: leos vegetais, solues aucaradas e gua.J no caso de um fluido No-Newtoniano, a tenso de cisalhamento no diretamente proporcional a taxa de deformao. Como consequncia, fluidos No-Newtonianos podem no ter uma viscosidade bem definida.

Figura 1: Fluidos Newtonianos e No-Newtonianos.

Este experimento tem como objetivo determinar o coeficiente de viscosidade de solues de acar a diferentes concentraes, a partir do viscosmetro de Hppler.

2 PARTE EXPERIMENTAL

2.1 Materiais

1 viscosmetro de Hoppler 1 cronometro 5 bales volumtricos de 50 mL 1 esfera de vidro Paqumetro Balana semi-analitica 1 funil de vidro 1 termmetro Solues aquosas de acar comercial: 5, 10, 15, 20 e 25% (200 mL) Agua destilada

2.2 Mtodo

Foram determinadas as densidades das solues de 5, 10, 15, 20 e 25 % (m/V) de acar comercial em 200 mL de gua destilada, previamente preparadas, utilizando um balo de 50 mL limpo e seco. Primeiramente anotou-se a massa do balo vazio e aferiu-o com gua destilada, pesando novamente. Repetiu-se este procedimento para as 5 solues. A esfera de vidro foi pesada e determinou-se o raio com auxlio de um paqumetro. Em seguida, a esfera foi limpa com detergente, secando-a com papel toalha. Colocou-se gua na camisa que envolve o tubo interno do viscosmetro, a fim de manter sua temperatura constante. Anotou-se a temperatura. O viscosmetro foi nivelado, manejando os parafusos niveladores at que a bolha de ar se situasse no centro do visor. Adicionou-se a soluo a ser estudada no cilindro central do viscosmetro, sem deixar bolhas. Anotou-se o tempo de queda entre os dois traos do visor, sempre com o viscosmetro encaixado em sua posio.O experimento foi repetido em triplicata, at que os dados obtidos tivessem concordncia.

3 RESULTADOS E DISCUSSO

Para determinar o coeficiente de viscosidade das solues, foi necessrio calcular a densidade das solues e a densidade da esfera utilizada, sendo mostrados na tabela 1.

Tabela 1: Densidades obtidas para este experimento

Concentrao da soluo / % (m/v)Massa / gDensidade / g cm-3

050,0281,00048

551,2161,02432

1051,4371,02874

1552,7271,05454

2053,7391,07478

2555,0571,10114

Raio da Esfera / cm------------------------------

0.7504,4492,51925

Aps determinadas s densidades e a determinao dos tempos mdios para a esfera percorrer determinada distncia dentro do viscosmetro de Hppler, foi possvel obter-se o coeficiente de viscosidade para cada concentrao, lanando-se mo da equao abaixo:

= tx ( x)w(Eq. 1) tw ( w)

Em que: a viscosidade dinmica (cP); w a viscosidade absoluta da agua; tx o tempo de queda da esfera na soluo (s); tw o tempo de queda da esfera na agua (s); a densidade da esfera (g.cm-3); x a densidade da soluo (g.cm-3) e w a densidade da agua (g.cm-3).Os dados obtidos foram organizados na tabela 2.

Tabela 2: Tempos de queda da esfera para cada concentrao e respectivo coeficiente de viscosidade.

Concentrao da soluo (% m/v)t1 (s)t2 (s)t3 (s)tmdio (s) (cP)

512,6414,6116,0914,452,538

1012,3513,4613,9313,252,320

158,828,518,538,621,458

209,959,899,809,881,666

2511,5912,3412,4212,122,013

A constante da esfera no experimento foi igual a 1,1679 x 10-3 cm2.s-2, determinada atravs da equao 2, onde a constante da esfera; w a viscosidade absoluta da agua (cP); tw o tempo de queda da esfera na agua (s); a densidade da esfera (g.cm-3) e w a densidade da agua (g.cm-3).

= w (Eq. 2) tw ( w)

Tambm foi possvel se determinar a velocidade de queda da esfera para cada concentrao de soluo de acar. Os dados esto dispostos na tabela 3 abaixo.Tabela 3: Velocidade de queda da esfera para cada concentrao.

Concentrao da soluo (% m/v)Velocidade (x 10-3 m.s-1)

53,46

103,77

155,80

205,06

254,13

A viscosidade resultante da existncia de foras intermoleculares, ou seja, quanto mais fortes forem as interaes intermoleculares existentes no fludo, mais as molculas do mesmo estaro interagindo, sendo assim necessria maior fora para romper essas interaes intermoleculares, o que logo resulta em maior resistncia ao movimento de um corpo e, consequentemente, em maior viscosidade do fludo. Assim, quanto maior a concentrao de acar em meio aquoso, mais foras intermoleculares do tipo ligao de hidrognio entre as molculas de sacarose e gua so estabelecidas. Essa afirmao validada para os trs ltimos pontos do grfico na figura 1. Porem, os dois primeiros pontos no esto de acordo com a literatura, isso se deve a formao de bolhas na camisa de vidro do viscosmetro quando foram realizados os testes com as solues de 5 e 10 % de acar, respectivamente. A discordncia dos dados tambm observada nos dados da velocidade, onde a mesma deveria decair com o aumento da concentrao; e nos dados do tempo de queda da esfera, onde o tempo deveria decair com o aumento da concentrao.

Figura 1: Grfico obtido para a [acar] % m/v versus coeficiente de viscosidade das solues de sacarose, pelo teste do viscosmetro de Hppler.

A excentricidade de queda no viscosmetro de Hoppler assegurada pela inclinao do tubo (80 graus), a fim de evitar imprecises nos tempos de queda. 1Para uma molcula se deslocar em um lquido, ela deve adquirir uma energia para escapar das molculas vizinhas. Com o aumento da temperatura, a mobilidade das molculas no lquido aumenta, fazendo o lquido ficar mais fluido. Assim, a viscosidade inversamente proporcional temperatura. Outra justificativa para a viscosidade ser inversamente proporcional temperatura para os lquidos o fato de nos lquidos, as foras de coeso predominam sobre os choques. Nesses fluidos, o aumento da temperatura reduz as foras de coeso, com consequente reduo da viscosidade.Nos gases, os choques predominam sobre as foras de coeso. Nestes fluidos, o aumento da temperatura aumenta os choques, com consequente aumento da viscosidade

4 CONCLUSO

Com o presente experimento foi possvel a determinao do coeficiente de viscosidade de solues de acar em diferentes concentraes, em uma mesma temperatura, com auxlio do viscosmetro de Hppler. Tambm foi possvel observar que a viscosidade aumenta conforme a concentrao da soluo aumenta, e que a formao de bolhas na camisa de vidro do viscosmetro interfere diretamente nos resultados.

5 REFERNCIAS

1- MASSEY, B. S. Mecnica dos fludos. Lisboa: Fundao Calouste Gulbenkian, 2002. 998 p.

2- Miranda-Pinto, C.O.B. e Souza, E. Manual de Trabalhos Prticos de Fsico-Qumica, 1 ed. Belo Horizonte: UFMG, 2006, p. 95.

3- UNIVERSIDADE DO PORTO. Fsica aplicada: aulas laboratoriais. Porto: FFUP, 2012-2013. 10 pp.4- jhe