FQE0001
Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC
Centro de Ciências Tecnológicas – CCT
Departamento de Química - DQM
Físico-Química Experimental
Exp. 06
Viscosidade Relativa
1. Introdução
Um líquido ideal é aquele que não possui resistência intrínseca ao escoamento; ou
seja, o líquido ideal escoa sem nenhum tipo de atrito. Supondo que um líquido seja dividido
em infinitas camadas concêntricas, o escoamento pode ser considerado como o deslizamento
de camadas sobre suas adjacentes. Para um líquido real, estas camadas sofrem um retardo no
deslizamento durante o escoamento, devido a uma força de atrito existente entre elas.
Considera-se que as camadas adjacentes à parede da tubulação apresentam velocidade teórica
nula, enquanto a camada central é a mais rápida.
Se dx é a distância infinitesimal ente duas camadas de líquido quaisquer, e dv é o
acréscimo de velocidade, a força de atrito F será:
Onde  é um coeficiente de proporcionalidade que recebeu o nome de coeficiente de
viscosidade, ou simplesmente viscosidade. Sua unidade no sistema CGS é dina.s.cm-2, e foi
denominada poise, em homenagem a Poiseulle, quem, em 1884, apresentou a equação
fundamental da hidrodinâmica:
Onde V é o volume (em cm3) do líquido que flui através de um tubo estreito de
comprimento L (cm) e raio r (cm) no tempo t (s), quando se exerce uma pressão hidrostática p
(dinas/cm2).
São três os tipos principais de viscosidade: viscosidade absoluta, tal como indicada
pela equação acima e medida em poise; viscosidade relativa, quando a viscosidade é medida
com relação a um padrão; e viscosidade cinemática, que é a relação entre viscosidade
absoluta e a densidade de um fluido.
O viscosímetro de Ostwald mede, basicamente, o tempo de escoamento de um líquido
através de um tubo capilar de comprimento L, conforme mostra a Figura 1. Se considerarmos
dois líquidos (um deles tomado como padrão, normalmente a água cuja viscosidade é 1,000
centipoise a 20 °C), teremos apenas duas variáveis no escoamento através do viscosímetro: o
próprio tempo de escoamento e a massa ocupada pelo líquido. Chamando de “2” o líquido
padrão e de “1” o líquido cuja viscosidade se deseja medir, e aplicando a equação de
Poiseuille para ambos os líquidos, pode-se chegar a seguinte relação:
Onde  e t representam a densidade e os tempos de escoamento para os respectivos
líquidos.
Assim,
representa a viscosidade relativa do líquido “1” com relação à água.
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Figura 1: Viscosímetro de Ostwald. O líquido a ser medido é colocado no bulbo B e aspirado
até um nível acima da marca x. O líquido é deixado para escoar livremente de x a y, e o tempo
cronometrado.
2.1 Viscosidade de soluções
A viscosidade de misturas de alguns pares de componentes obedece à relação:
Onde xA e xB são as frações molares dos componentes A e B, respectivamente.
Contudo, muitos destes pares, principalmente aqueles que formam ligação de hidrogênio, não
obedecem esta relação, apresentando um comportamento gráfico tipicamente de uma curva
caracterizada por um ponto máximo.
Nesta prática, a validade da relação acima será testada para o par álcool-acetona
através de um gráfico teórico e prático de ln(mistura) contra xA ou xB, e verificando se as
curvas coincidem.
2. Objetivos
Entender o conceito de viscosidade.
Utilizar uma metodologia adaptada ao viscosímetro de Ostwald para calcular a
viscosidade relativa de um líquido em relação a água;
Utilizar a viscosidade relativa para verificar a relação entre a viscosidade de uma
mistura e sua composição molar
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3. Procedimento Experimental
3.1 Material
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07 picnômetros, 25 mL
Cronômetro
Água destilada
Álcool
Acetona
01 Pipeta volumétrica de 25 mL
3.2 Procedimento 1 (Viscosidade Relativa)
Determine com precisão a massa específica de cada líquido por meio de picnômetros.
Pese cada picnômetro vazio e anote os valores. Em seguida, complete o volume de cada
picnômetro com água, álcool e óleo. Pese novamente cada picnômetro e calcule a massa de 25
mL de cada líquido pesado. Em seguida, calcule as densidades.
Utilize a pipeta de 25 mL para medir a viscosidade relativa. Para isso, faça uma marca
abaixo do bulbo da pipeta com uma caneta marcadora. Preencha a pipeta volumétrica com
água e deixe escoar até a marca, anotando o tempo de escoamento. Repita o procedimento
mais duas vezes, obtendo a média dos tempos.
Repita a operação acima com o álcool.
Repita a operação com a acetona.
3.3 Procedimento 2 (Viscosidade de soluções)
Utilize as viscosidades relativas medidas para a acetona e o álcool puros calculados no
procedimento anterior. Para calcular as viscosidades relativas das soluções de álcool e
acetona, utilize o tempo e a densidade medidos para o escoamento da água no procedimento
anterior.
Prepare as soluções descritas na Tabela 1.
Utilize os picnômetros de 25 mL para medir as densidades de cada solução.
Meça os tempos de escoamento na pipeta de 25 mL para cada solução e calcule as
viscosidades relativas.
Tabela 1: Composição das soluções álcool – acetona estudadas.
Solução Volume de acetona (mL)
1
6
2
14
3
26
4
30
Volume de álcool (mL)
34
26
14
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4. Discussão dos Resultados
1. Calcule a relação
para o álcool e para a acetona. Compare os valores obtidos
com as observações experimentais.
2. Procure em tabelas as viscosidades da água, álcool e acetona para calcular a relação
teórica, comparando-a com a experimental.
3. Faça o cálculo teórico dos valores de viscosidade esperados para cada solução da
Tabela 1 e faça um gráfico com estes valores contra a fração molar do álcool ou da
acetona em cada solução.
4. Faça o mesmo gráfico utilizando os valores experimentais de viscosidade relativa e
teste a validade da relação logarítimica
5. Referências Bibliográficas
1. Atkins, P; de Paula, J.; Físico-Química. Vols. 1-2. Nona Edição. Rio de Janeiro : LTC.
2012.
2. Rangel, R. N. Práticas de Físico-Química. 3ª ed. São Paulo : Edgard Blücher, 2006.
3. Souza, N.J.Mello de; Martins Filho, H.P.; Experimentos em Físico-Química. Segunda
Edição. Neoprinte Ltda:Curitiba. 1995.