QUI 150 - RELATÓRIO PRÁTICA 7

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

QUI 150 – FISICO-QUÍMICA I

Viscosidade e Concentração

Cássia de Freitas e Silva – 65186

César Inocêncio Cardoso - 75184

Jéssica Nunes Neves - 76263

Talita Sutecas da Costa – 64941

Viçosa

Julho/2013

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA


SUMÁRIO

1. OBJETIVO................................................................................................................3

2. INTRODUÇÃO..........................................................................................................4

3.1. Reagentes e Equipamentos...................................................................................5

3.3. Técnica Experimental...........................................................................................6

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO..................................................................................7

5. QUESTÕES...............................................................................................................8

6. CONCLUSÃO............................................................................................................9

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................10

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1. OBJETIVO

Determinação do Coeficiente de Viscosidade de uma solução (mistura de água e

acetona) em diferentes concentrações, utilizando para isso o Viscosímetro de Ostwald.

Relacionar graficamente a viscosidade com a concentração para encontro de uma curva

padrão, onde a partir dela poderá ser determinada a concentração de uma solução

denominada “amostra problema”.

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2. INTRODUÇÃO

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3. METODOLOGIA

Nesta seção serão citados todos os equipamentos, vidrarias e reagentes utilizados

no desenvolvimento da prática, explicando também os procedimentos executados para

obtenção dos resultados.

3.1. Reagentes e Equipamentos

Viscosímetro de Ostwald;

Banho Termostático (chapa de aquecimento para banho quente)

Termômetro;

Pipeta graduada de 10 mL;

2 béqueres de 50 mL cada;

Pera de borracha;

Cronômetro;

Acetona;

Água destilada;

Amostra Problema.

3.2. Montagem do Experimento

Figura 1 - Sistema Medidor de Viscosidade

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3.3. Técnica Experimental

Primeiramente realizou-se a montagem do equipamento (Figura 1). Para isso,

encheu-se com água um béquer de 2000 ml a temperatura ambiente e colocou-se o

Viscosímetro de Ostwald dentro dele, de modo que todos os seus bulbos ficaram

mergulhados na água. A temperatura da água no béquer ficou constante durante toda a

experiência e o seu valor foi anotado.

No tubo mais largo do viscosímetro, colocou-se com o auxílio de uma pipeta, 10

mL de água destilada. Através de uma pera aderida à saída para a sucção, sugou-se a

água até um pouco acima do ponto a, representado na figura 1. Retirou-se a pera

deixando a água correr livremente cronometrando o tempo que ela gastou para percorrer

da marca “a” até a “b”. O procedimento foi repetido para que pudesse retirar a média

dos valores e assim consequentemente reduzir os erros do experimento.

Finalizada a primeira parte, retirou-se a água do interior do Viscosímetro de

Ostwald e de posse do sistema medidor novamente limpo, realizaram-se os mesmos

procedimentos descritos acima para a acetona pura (100% V/V).

Em seguida, preparou-se no béquer de 50 mL, 20 mL de uma solução de 90%

V/V de acetona, inseriu-se 10 mL desta no viscosímetro e realizaram-se os mesmo

procedimentos de medição do tempo já citados. De posse da solução foi-se fazendo

diluições sucessivas para realizar o experimento com todas as considerações possíveis

da solução água e acetona. Todos os valores encontrados foram anotados na Tabela 1 a

seguir.

Para finalizar a técnica experimental, os mesmos procedimentos foram

realizados para a solução que já estava preparada no laboratório denominada “amostra

problema” e os tempos para que a solução percorresse o mesmo caminho foram todos

anotados.

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4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Temperatura ambiente: 24º C

Temperatura do banho: 24,5º C

Concentração

% ( V/V )

acetona

Tempo

médio de

escoamento

(s)

Densidade

( Kg/m³)

Viscosidade

(η)

Fração

Molar (

Xi)

100 24,26 832,39 0,476x 10-3 1

90 38,82 871,02 0,797 x10-3 0,710

80 41,95 893,32 0,884x10-3 0,527

70 49,64 925,20 1,08x10-3 0,403

60 56,42 945,06 1,25x10-3 0,306

50 58,77 978,94 1,35x10-3 0,233

40 57,15 988,90 1,33x10-3 0,1702

30 55,38 1011,20 1,32x10-3 0,119

20 49,05 1023,94 1,18x10-3 0,074

10 44,34 1035,49 1,08x10-3 0,0345

0 37,75 1046,64 0,932 x 10-3 0

A água a 25º C possui

Densidade absoluta: ρ = 997,0 Kg / m³

Viscosidade: η = 0,890 x 10-3 Pa. s

Para a acetona:

Densidade absoluta: ρ= 788 kg/ m³

Viscosidade: η = 0,326 × 10-3 Pa. s

Para o cálculo de K, temos: K = (η/ ρt)

Onde:

K depende do desenho do viscosímetro

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η é a viscosidade do líquido

ρ é a densidade do líquido

t é o tempo de escoamento

K = ( 0,890 x 10-3/ 997 x 37,75)

K = 2,36 x 10-8 m²/ s²

Calculando a viscosidade em função da densidade, temos: η = Kρ t

Exemplos de cálculo:

Para uma densidade ρ= 832,39 Kg/ m³

Tempo médio de escoamento t = 24,26 s

η = (2,36x 10-8 m²/ s²) x (832,39 Kg / m³) x 24,26 s

η = 0,476 x 10 -3 Pa.s

* Para uma concentração de 90 % ( 9 ml de acetona e 1 ml de água)

Acetona: ρ= 871,02 g / L

1 L ___ 871,02 g

0,009L ___ x x = 7,839 g

1 mol ___ 58,05 g

x mol ___ 7,839 g x = 0,135 mol

Água:

ρ = 997,0 g / L

1 L ___ 997,0 g

0,001 L ___ x x = 0,997g

1 mol ___ 18 g

X mol ___ 0,997g x= 0,055mol

Fração molar: Xi = 0,135 / ( 0,135+0,055) = 0,710

Amostra problema:

Tempo médio de escoamento: 55,973 s

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Pela análise da tabela, o tempo de escoamento que mais se aproxima da amostra

problema corresponde à concentração de 30 % ( V/V) de acetona.

Calculando a viscosidade: η = (2,36 x 10-8 m²/ s²) x (1011,20 Kg/ m³) x (55,973 s)

η =1,33 x 10-3 Pa.s

CÁLCULOS DOS ERROS:

A densidade da água é: 997 kg/ m³

O valor calculado : 1046,64 kg / m³

Erro Experimental: EE = |997 – 1046,64| / 997 X 100

EE= 4,98 %

A viscosidade da água é: η = 0,890 x 10-3 Pa. s

O valor calculado: η = 0,932 x 10-3 Pa. s

Erro Experimental: EE = | (0,890 x 10-3 - 0,932 x 10-3 ) / 0,890 x 10-3 | x100

EE = 4,71 %

*A densidade da acetona é: ρ= 788 Kg/ m³

O valor calculado : ρ= 832, 39 Kg/ m³

O Erro Experimental cometido foi: EE = | 788 – 832,39| / 788 X 100

EE = 5,63%

* A viscosidade da acetona é: η = 0,326 × 10-3 Pa. s

O valor calculado: η = 0,476x 10-3 Pa. s

O Erro Experimental cometido foi:

EE = |( 0,326 × 10-3 - 0,476x 10-3) / 0,326 × 10-3 | x 100

EE = 46%

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5. QUESTÕES

5.1. Mostre detalhadamente a transformação de unidades de uma solução aquosa 50% V/V para fração em quantidade de matéria de acetona.

5.2. Explique como preparar 50 mL de uma solução aquosa 40% V/V, a partir de 50 mL de outra solução a 60% V/V de acetona.

5.3. Forneça resumidamente as principais contribuições científicas de Ostwald e Poiseville.

5.4. Como controlar um banho-maria a temperatura constante, durante toda a experiência?

5.5. O gráfico da viscosidade versus concentração é, uma relação linear? Justifique.

5.6. Quais são as considerações na dedução da equação:

ƞ=K ρt

5.7. Relacione um centi-poise (cp), com unidade do sistema internacional.

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6. CONCLUSÃO

A análise empírica desenvolvida no decorrer do tratamento de dados retificou a

importância da viscosidade como propriedade inerente aos fluidos. Esta grandeza

física, diretamente relacionada com fatores adversos, como a temperatura, é única

para cada substância observada. Ao calculamos o coeficiente de viscosidade da

solução água-acetona para diferentes concentrações, consideramos que as medidas

foram feitas em um mesmo viscosímetro e que a pressão hidrostática de cada fluido é

proporcional à sua densidade.

Os erros experimentais observados durante todo o procedimento experimental

são devido a vários fatores, tais como os humanos (manipulação de instrumentos,

visualização das medidas), os sistemáticos e os acidentais (desconhecidos em valor e

que ocorrem circunstancialmente por descuido do operador). Os dois últimos são os

maiores responsáveis pelos respectivos erros para a densidade da acetona e para a

densidade da água. Além disso, os erros de precisão dos instrumentos - também

chamados de erros absolutos - são determinantes para a discrepância reconhecida

nos resultados, sendo eles iguais a + 0,05 ml, + 0,5 mmHg e + 0,50C, provenientes da

pipeta, do manômetro e do termômetro respectivamente.

A fundamentação teórica nos propõe a manipulação de substâncias padrão

com dados conhecidos como parâmetro para a determinação de outros os quais

procuramos acerca de substâncias a serem observadas. No caso dessa prática, a

substância padrão foi a água, que, com coeficiente de viscosidade claramente

conhecido, nos permitiu a análise em torno das viscosidades atribuídas a acetona em

diferentes concentrações %V/V.

A metodologia proposta por Jean Leonard Poiseville é muito eficiente para o

cálculo da viscosidade. Entretanto, é preciso preparar as soluções de forma criteriosa

para evitar erros com relação à densidade das mesmas e também para diminuir-se os

erros experimentais.

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7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] COSTA, J. A. T. B. VISCOSIDADE DE UM FLUIDO. Encontrado em:

http://w3.ufsm.br/juca/viscos.htm

[2] VILLETTI, M. A. DETERMINAÇÃO DO COEFICIENTE DE VISCOSIDADE

PELO VISCOSÍMETRO DE OSTWALD. Encontrado em:

http://w3.ufsm.br/juca/viscosidade.pdf .

[3] Encontrado em:

http://www.saliva.com.br/saliva/humanus/tecnologia/document_view

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