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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS Prctica N4

Universidad del Per, Decana de Amrica Viscosidad y Densidad de Lquidos

1 Laboratorio de Fisicoqumica I

El saber cuan viscoso es una solucin nos permite saber por ejemplo su

peso molecular, es decir podemos determinar el peso molecular de una

solucin desconocida gracias al mtodo de viscosidad. El poder estudiar la

viscosidad de una sustancia nos ayuda a concluir cuanto vara la viscosidad de

esta sustancia con respecto a la temperatura, si es ms viscoso o menos

viscoso.

Es de mucha utilidad de saber la viscosidad de una sustancia porque

con ello se podra determinar su pureza, mediante un mtodo apropiado y con

los valores de las tablas tericas, pero hablando a nivel industrial, esta

propiedad es muy importante pues determina que sustancias son buenas como

lubricantes, los ms efectivos son aquellos en los cuales su viscosidad no se

altera demasiado en amplios intervalos de temperatura, stos lubricantes son

los que, disminuyen el desgaste mecnico de las maquinarias, o que fluidos se

pueden usar en un determinado sistema hidrulico, incluso e lan industria

alimenticia, pues todos los productos deben tener una viscosidad uniforme.

Ahora hablemos de densidad, dice la leyenda que el sabio Arqumedes

uso este principio para resolver un problema acerca de la pureza de una

corona. Entonces aunque toda la materia posee masa y volumen, la misma

masa de sustancias diferentes tienen ocupan distintos volmenes, as notamos

que el hierro o el hormign son pesados, mientras que la misma cantidad de

goma de borrar o plstico son ligeras. La propiedad que nos permite medir la

ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto

mayor sea la densidad de un cuerpo, ms pesado nos parecer.
http://www.monografias.com/trabajos35/el-poder/el-poder.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/volfi/volfi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos5/volfi/volfi.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos35/el-poder/el-poder.shtml

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El objetivo de esta prctica es determinar a travs de la experiencia la

viscosidad y densidad de lquidos utilizando los mtodos de Ostwald y el

del picnmetro respectivamente.

Las condiciones en que se encontraba el laboratorio fueron las

siguientes: presin 756mmHg, humedad relativa 94%, y una temperatura

de 20C.

En la realizacin de la practica se determino la viscosidad, mediante el

uso del viscosmetro Stormer, y la densidad de los lquidos utilizando el

picnmetro utilizando la densidad del agua para determinar la densidad

de la glicerina a una temperatura de 20 C y apoyndonos en la

ecuaciones necesarias para realizar nuestros clculos.

El porcentaje de error hallado en la experiencia fue 31.6% por el mtodo

del viscosmetro de Stormer y de 4.23% por el Mtodo del Picnmetro

en la densidad de la solucin problema.

De la prctica podemos concluir que Las fuerzas de cohesin en los

lquidos son la causa de que exista una resistencia al movimiento de

unas molculas con respecto a otras es decir ofrecer resistencia a la

fluidez.

Es recomendable tratar de mantener la temperatura constante cuando

se trabaja con el viscosmetro Ostwald, para la determinacin de las

viscosidades de las diversas soluciones que se van a estudiar.

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1) VISCOSIDAD:

Los gases y los lquidos tienen una propiedad conocida como la

viscosidad, la cual se puede definir como la resistencia a fluir ofrecida por un

lquido, resultante de los efectos combinados de la cohesin y la adherencia.

La viscosidad se produce por el efecto de corte o deslizamiento resultante del

movimiento de una capa de fluido con respecto a otro y es completamente

distinta de la atraccin molecular. Se puede considerar como causada por la

friccin interna de las molculas y se presenta tanto en gases ideales como en

lquidos y gases reales.

La viscosidad de un lquido aumenta conforme aumenta la presin

debido a que se reduce el nmero de huecos y por tanto, resulta ms difcil que

las molculas se muevan alrededor una de otra.

La viscosidad es el rozamiento interno entre las capas de fluido. A causa

de la viscosidad, es necesario ejercer una fuerza para obligar a una capa de

fluido a deslizar sobre otra.

En la figura, se representa un fluido comprendido entre una lmina

inferior fija y una lmina superior mvil.

La capa de fluido en contacto con la lmina mvil tiene la misma

velocidad que ella, mientras que la adyacente a la pared fija est en reposo. La

velocidad de las distintas capas intermedias aumenta uniformemente entre

ambas lminas tal como sugieren las flechas. Un flujo de este tipo se denomina

laminar.
http://www.monografias.com/trabajos13/termodi/termodi.shtml#teohttp://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/kinesiologia-biomecanica/kinesiologia-biomecanica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/kinesiologia-biomecanica/kinesiologia-biomecanica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos15/kinesiologia-biomecanica/kinesiologia-biomecanica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/restat/restat.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos16/romano-limitaciones/romano-limitaciones.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos13/termodi/termodi.shtml#teo

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Como consecuencia de este movimiento, una porcin de lquido que en

un determinado instante tiene la forma ABCD, al cabo de un cierto tiempo se

deformar adquiriendo la forma ABCD.

Sean dos capas de fluido de rea S que distan dx y entre las cuales

existe una diferencia de velocidad dv.

La fuerza por unidad de rea que hay

que aplicar es proporcional al gradiente

de velocidad. La constante de

proporcionalidad se denomina

viscosidad h.

(1)

En el caso particular, de que la velocidad aumente uniformemente, como

se indic en la primera figura, la expresin (1) se escribe

En la figura, se representan dos ejemplos de movimiento de un fluido a

lo largo de una tubera horizontal alimentada por un depsito grande que

contiene lquido a nivel constante. Cuando el tubo horizontal est cerrado todos

los tubos manomtricos dispuestos a lo largo de la tubera marcan la misma

presin .p=p0+r gh. Al abrir el tubo de salida los manmetros registran distinta

presin segn sea el tipo de fluido.

2) FLUIDO IDEAL:

Un fluido ideal (figura de la izquierda) sale por la tubera con una

velocidad,
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/ecuacion/ecuacion.htm#Variaci%C3%B3n%20de%20la%20presi%C3%B3n%20con%20la%20profundidadhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/ecuacion/ecuacion.htm#Variaci%C3%B3n%20de%20la%20presi%C3%B3n%20con%20la%20profundidadhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/ecuacion/ecuacion.htm#Variaci%C3%B3n%20de%20la%20presi%C3%B3n%20con%20la%20profundidad

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de acuerdo con el teorema de Torricelli. Toda la energa potencial

disponible (debido a la altura h) se transforma en energa cintica. Aplicando la

ecuacin de Bernoulli podemos fcilmente comprobar que la altura del lquido

en los manmetros es cero.

3) COEFICIENTE DE VISCOSIDAD:

La viscosidad es una medida de la resistencia que ofrece un fluido a una

fuerza de corte aplicada. Considrese lo que le sucede al fluido entre planos

paralelos, ilustrado en la fig. 1(ver apndice) cuando el plano superior se

mueve en la direccin y a una velocidad constante en relacin al plano inferior

en tanto que se mantiene un distancia constante entre o planos (coordenada

Z). Se considera que los planos son muy grandes de modo que pueden

ignorarse los efectos de corte. La capa de fluido inmediatamente adyacente al

plano en movimiento se desplaza con la velocidad del plano. La capa prxima

al plano estacionario es estacionaria; mientras tanto, la velocidad cambia

linealmente con la distancia, tal como se muestra. El gradiente de velocidad (o

sea la rapidez de cambio de la velocidad con respecto al distancia medida en

forma perpendicular a la direccin de flujo) se representa por dvy / dz. El

coeficiente de viscosidad se define mediante la ecuacin

Aqu F es la fuerza por unidad de rea que se requiere para mover un planocon relacin al otro. El signo negativo se debe al hecho d que si F se halla en

direccin + Y, la velocidad disminuye en las capas sucesivas alejadas delplano en movimiento y dvy/dz es negativo. Si F tiene unidades Kg m s

-2/m y

dvy / dvz tiene unidades de m s-1/m

El coeficiente de viscosidad tiene unidades de Kg m-1s-1.La unidad SI

de viscosidad es el Pascal segundo. El pascal (Pa) es el nombre de la unidad

SI de presin, o sea, 1 N/m. Como 1 N = 1Kg m s-2, 1 Pa s = 1 Kg m-1s-1.
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/vaciado/vaciado.htm#Teorema%20de%20Torricellihttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/bernoulli/bernouilli.htm#Ecuaci%C3%B3n%20de%20Bernoullihttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/bernoulli/bernouilli.htm#Ecuaci%C3%B3n%20de%20Bernoullihttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/vaciado/vaciado.htm#Teorema%20de%20Torricelli

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Un fluido tiene la viscosidad de 1 Pa s si se necesita la fuerza de 1N

para mover un plano de 1 m a una velocidad de 1 m s-1 con respecto a una

superficie plana que se halla alejada de un metro y paralela a dicho plano.

La unidad cgs de viscosidad es el poise que es 1g s-1

cm-1

= 0.1 Pa s = 1poise.

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA:

El efecto de la temperatura sobre la viscosidad de un lquido es notablemente

diferente del efecto sobre ungas;mientras en este ltimo caso el coeficiente

aumenta con la temperatura, las viscosidades de los lquidos disminuyen

invariablemente de manera marcada al elevarse la temperatura. Se han

propuesto numerosas ecuaciones que relacionan viscosidad y temperatura

como por ejemplo:

Donde A y B son constantes para el liquido dado; se deduce que eldiagrama

de log() frente a 1/T seta una lnea recta. Se pens en otro tiempo que lavariacin de la fluidez con la temperatura resultara ms fundamental que la del

coeficiente de viscosidad; pero el uso de una expresin exponencial hace que

la opcin carezca de importancia.

DENSIDAD:

Una medida de lo compacto de una sustancia, que se obtiene de la

masa por unidad de volumen.

Unidades de densidad comunes incluyen g/ml, g/cm3, y kg/L. Ladensidad

es una propiedad intensiva de la materia definida como la relacin de la masa

de un objeto dividida por su volumen. La masa es la cantidad de materiacontenida en un objeto y comnmente se la mide en unidades de gramos (g).
http://www.monografias.com/trabajos10/gase/gase.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos14/flujograma/flujograma.shtmlhttp://winopen%28%27/library/pop_glossary_term.php?oid=863&l=s%27,%27Glossary%27,500,300);http://winopen%28%27/library/pop_glossary_term.php?oid=863&l=s%27,%27Glossary%27,500,300);http://winopen%28%27/library/pop_glossary_term.php?oid=863&l=s%27,%27Glossary%27,500,300);http://winopen%28%27/library/pop_glossary_term.php?oid=863&l=s%27,%27Glossary%27,500,300);http://www.monografias.com/trabajos14/flujograma/flujograma.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/gase/gase.shtml

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El volumen es la cantidad de espacio ocupado por la cantidad de la materia y

es comnmente expresado en centmetros cbicos (cm3) o en milmetros (ml)

(un cm3es igual a 1 ml). Por consiguiente, las unidades comunes usadas para

expresar ladensidadson gramos por milmetros (g/ml) y gramos por centmetros

cbicos (g/cm3). Cuando materias de densidades diferentes entran en contacto,

sus densidades determinan cmo se ordenan. Este fenmeno, donde las

materias se acomodan de acuerdo a sus densidades se llama

superposicin. Un factor que puede afectar la densidad de la materia es la

temperatura.Muchos materiales se expanden cuando son calentados. Ya que

los materiales que se expanden ocupan un volumen mayor, su densidad

disminuye. Este hecho ocurre ms comnmente con gases y algunos lquidos

PICNOMETRO:

Es un aparato que se utiliza para determinar las densidades de distintas

sustancia. Tambin se conoce como frasco de densidades. Consiste en un

pequeo frasco de vidrio de cuello estrecho cerrado con un tapn esmerilado,

hueco y que termina por su parte superior en un tubo capilar con graduaciones.
http://winopen%28%27/library/pop_glossary_term.php?oid=863&l=s%27,%27Glossary%27,500,300);http://winopen%28%27/library/pop_glossary_term.php?oid=863&l=s%27,%27Glossary%27,500,300);http://winopen%28%27/library/pop_glossary_term.php?oid=863&l=s%27,%27Glossary%27,500,300);http://winopen%28%27/library/pop_glossary_term.php?oid=863&l=s%27,%27Glossary%27,500,300);http://winopen%28%27/library/pop_glossary_term.php?oid=863&l=s%27,%27Glossary%27,500,300);http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=48&l=shttp://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=48&l=shttp://winopen%28%27/library/pop_glossary_term.php?oid=863&l=s%27,%27Glossary%27,500,300);http://winopen%28%27/library/pop_glossary_term.php?oid=863&l=s%27,%27Glossary%27,500,300);http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=48&l=shttp://winopen%28%27/library/pop_glossary_term.php?oid=863&l=s%27,%27Glossary%27,500,300);http://winopen%28%27/library/pop_glossary_term.php?oid=863&l=s%27,%27Glossary%27,500,300);

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Las hlices nodeben tocar el vaso

Repetir con dif.pesas (125,150

y 175g)

MEDICI N DE LAVISCOSIDAD

Comprobar que el viscosmetrose encuentre fijo.

Llenar el vaso 200 mL a 25C

Colocarlo en el soporte y fijarlo,hasta que la muestra tengacontacto con la hlice.

Colocar 100g (porta pesa+pesas)en el orta esas.

Liberar el freno y medir eltiempo hasta cumplir 100rev.(repetir 3 veces)

Repetir los pasos anteriorescon la solucin problema conun solo juego de pesas

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Repetir con glicerinay pesar (W4)

DENSIDAD

Lavar el picnmetro condetergente o sol. sulfocrmica.

Enjuagar con H2O de cao y

H2O destilada.

Secar con la estufa y dejarenfriar.

Pesar el picnmetro (W1)

Llenar el picnmetro con H2Odestilada.

Llevarlo a bao Mara de 20C,despus de 5 secarlo ypesarlo (W2)

Retirara el H2O del picnmetro,secarlo, enfriarlo y pesar (W3)

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TABLA N1:Condiciones de Laboratorio.

TABLA N2:Datos Experimentales.

2.1. Viscosmetro de Stormer:

2.1.1. Para la glicerina patrn:

2.1.2. Para la solucin problema de glicerina:

2.2. Mtodo del Picnmetro:

9.7959 20.0334 9.7807 22.1690

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TABLA N3:Datos Tericos.

3.1. Viscosidad de la glicerina:

3.2. Densidad del agua:

3.3. Densidad de la glicerina:

TABLA N4:Datos para la grfica:

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Calculando los tiempos promedios de la tabla 2.1.1. para la solucin

problema:

Para

Para

Para

Calculando el tiempo promedio para la glicerina problema:

Para

a) Con los datos tericos de la en cp de la muestra patrn trace una grfica

de vs , determine las constantes y

Se tiene que:

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De la ecuacin:

Dividiendo entre la masa :

La ecuacin anterior sigue la forma de una ecuacin lineal tal que:

Graficada la recta se puede hallar la pendiente y el trmino independiente quenos permitir calcular las constantes y . Utilizando el mtodo de mnimoscuadrados para hallar la pendiente y la constante de la recta sabiendo que vendra a ser numricamente igual a la pendiente y que es igual a ; donde es el trmino independiente de la recta y es la pendientede dicha recta. De los datos de la Tabla N4:

De donde:

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La ecuacin experimental tiene la forma:

Luego ;

Veamos las unidades, se sabe que

, adems:

( )

Por lo tanto:

Buscando el intercepto:

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b) Usando la ecuacin determinar la de la solucinproblema.

Reemplazando:

En la ecuacin:

Reemplazando la masa y el tiempo para la solucin de glicerina problema, para

as poder determinar .

Hallando el porcentaje de error:

Calculando la densidad de la muestra patrn con los datos obtenidos con el

mtodo del picnmetro:

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Se tienen las siguientes ecuaciones:

Remplazando en ambas ecuaciones se tiene la siguiente relacin:

Reemplazando los datos de las tablas en la ecuacin:

Hallando el porcentaje de error:

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Los resultados hallados tales como el % de error pueden ser resultados

de lo siguiente: Los clculos que se hicieron en la determinacin de la

viscosidad de la Glicerina y de la solucin problema, tal vez no fueron

del todo correctas ya que mientras se manejaba el viscosmetro se iba

perdiendo calor, y lo que se recomienda es mantener la temperatura a

25C para as poder encontrar los datos tericos en tablas y evaluar

mejor los porcentajes de error.

El mtodo del picnmetro es muy exacto, ya que nos da una densidad

cercana a la terica, lo cual se puede evidenciar el realizar el porcentaje

de error.

La viscosidad de un fluido disminuye con respecto a la reduccin de su

pureza y su densidad.

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Los lquidos con bajas viscosidades fluyen fcilmente y cuando la

viscosidad es elevada el lquido fluye con dificultad.

Del experimento se concluye que cuando se determina la viscosidad de

la glicerina, mientras ms es el peso que se le aplica menor es el tiempo

que se necesita para que de 100 revoluciones.

La viscosidad de los fluidos disminuya a medida que aumenta la

temperatura lo cual podemos notar cuando calentamos la glicerina.

Viscosidad absoluta (n) es la fuerza por unidad de rea necesaria para

mantener un gradiente de velocidad entre dos planos separados por una

distancia unitaria se expresa en poises y centipoises.

El picnmetro debe ser muy bien lavado y secado (en la estufa) antes

de realizar la experiencia.

El picnmetro debe ser llenado completamente teniendo en cuenta que

el capilar tambin lo debe estar.

Durante el desarrollo de la prctica el picnmetro no debe estar tanto

tiempo en contacto con las manos ya que el calor corporal hace dilatar el

lquido que se halla en el interior, el cual al sufrir el citado aumento de

volumen asciende por el capilar haciendo que la medida hecha sea

inexacta.

Se debe tener cuidado al controlar el nivel de la temperatura en la

experiencia de la viscosidad pues al equivocarnos nos puede generar un

alto porcentaje de error.

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CUESTIONARIO:

1. Porque es necesario la viscosidad de una sustancia?

Porque es una propiedad que permitir conocer si una sustancia fluir de

manera fcil o con dificultades y as poder definir algunas de sus propiedades.

2. Explique algunos mtodos analticos y/o grficos para estimar la

viscosidad de una sustancia.

Con el mtodo analtico se puede considerar el mtodo de pares de puntos en

el cual se toman 2 ecuaciones extremas y se forma una serie de ecuaciones.

Como mtodo grafico se puede utilizar el mtodo de mnimos cuadrados con el

cual se puede halar la pendiente y la constante de la ecuacin.

3. Indique otros mtodos experimentales para la determinacin de la

viscosidad de lquidos, dando una breve explicacin.

El mtodo de la bola que cae, consiste en determinar el tiempo que tarda una

esfera de peso y tamao conocido en caer a lo largo de una columna de

dimetro y longitud conocida del liquido en cuestin.

Con el viscosmetro de Ostwald, que consiste en medir el tiempo que tarda en

fluir un volumen conocido de liquido a travs de un capilar de longitud y radio

conocido.

Laley de Stokes, que es aplicable a la cada de cuerpos esfricos en todos los

tipos de fluido siempre que el radio r del cuerpo que cae sea grande en

comparacin con la distancia entre molculas.
http://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos4/leyes/leyes.shtml

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BIBLIOGRAFA:

CASTELLAN, GILBERT

FISICOQUIMICAEd. Addison/Wesley Iberoamericana,2da. Edicin, USA, 1987.Pg. 792-794.

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FUNDAMENTO DE FISICOQUIMICA

Segunda Edicin del Ingls, 1981.Pg. 69-72.

MARON PRUTTON

FUNDAMENTO DE FISICOQUIMICAEd. Limusa, Noriega Editores, 1996.Pg. 682-684.

PONS MUZZO GASTN,

FISICOQUIMICAEDITORIAL Universo S.A, Per, 1969,Pags 235-240.

KOSHKIN N. I., SHIRKVICH M. G

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http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/introduccion/Introduccion.htm
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/introduccion/Introduccion.htmhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/introduccion/Introduccion.htmhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/introduccion/Introduccion.htmhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/introduccion/Introduccion.htmhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/introduccion/Introduccion.htm

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y = 0.742x - 8.1906

R = 10

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40

/m

t(s)

/m vs t

Series1

Linear (Series1)

GRFICA:

IMGENES:

VISCOSIMETRO

DE

STORMER

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PICNMETRO

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