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EXPERINCIA 1- DETERMINAO DA VISCOSIDADE EM FUNO DA DENSIDADEDE LQUIDOS

Objetivo:Determinar o coeficiente de viscosidade em funo da densidade de lquidos empregando

os viscosmetros de Ostwald e Hppler.

Teoria:Reologia a cincia que trata das deformaes e fluxo de materiais causados pela

aplicao de uma fora. No mbito das cincias biolgicas e farmacuticas, o estudo dareologia indispensvel para o entendimento de diferentes fenmenos, muitos delesessenciais vida, eficcia dos medicamentos e dos processos tecnolgicos. A reologiaabrange diferentes propriedades associadas deformao da matria, entre as quais:extrussibilidade, compressibilidade, ductibilidade, espalhabilidade, elasticidade, fluidez eviscosidade.

A viscosidade um dos testes fsicos aplicados a muitas preparaes lquidas, como

solues, emulses fludas ou suspenses. possvel medir a viscosidade depreparaes semi-slidas. Pode-se relacionar a viscosidade com a fluidez, velocidade dedeslizamento e tixotropismo das amostras analisadas.

Os materiais so divididos em duas categorias gerais, dependendo de suascaractersticas de fluxo: newtonianos e no newtonianos. O fluxo newtoniano caracteriza-se por viscosidade constante, independente da velocidade de cisalhamento aplicada,enquanto o no newtoniano por uma mudana na viscosidade com o aumento navelocidade de cisalhamento.

A lei de fluxo de Newton considera camadas paralelas de lquido (de espessura dre rea A), sendo a inferior fixa, com aplicao de fora sobre a camada superior emovimento do plano superior a uma velocidade constante, movendo-se cada uma dascamadas inferiores com uma velocidade diretamente proporcional sua distncia dacamada inferior estacionria. O gradiente de velocidade, ou velocidade de cisalhamento(dv/dr), a diferena entre a velocidade dv entre dois planos do lquido separados peladistncia dr. A fora F aplicada por unidade de rea (F/A), necessria para iniciar o fluxode uma camada molecular sobre a outra, chamada de tenso de cisalhamento. Noschamados fluidos Newtonianos, o gradiente de cisalhamento proporcional a tenso decisalhamento, sendo a viscosidade a constante de proporcionalidade, ou seja a fora Fque se necessita aplicar, tangencialmente, s superfcies superior e inferior, para mantero gradiente de velocidade (dV/dr), depender da viscosidade do lquido, isto :

(F/A) (dV/dr) ou (F/A) = (dV/dr) (1)

No sistema CGS a unidade de viscosidade dinmica o Poise (g/cm.s). Um poiseequivale a fora de cisalhamento necessria para produzir uma velocidade de 1 cm/sentre dois planos paralelos do lquido, cada um com rea de 1 cm2, separados por umadistncia de 1 cm. (o espao entre eles estando cheio com o lquido viscoso). A unidadede uso mais prtico o centipoise, (cP) equivalente a 0,01 poise). Os compndios oficiais,USP-NF, utilizam a viscosidade cinemtica, definida como = /, onde a viscosidadedinmica e a densidade do lquido, tem por unidade o Stokes (cm2/s).

A viscosidade de um fluido pode ser determinada por vrios mtodos: atravs daresistncia de lquidos ao escoamento, tempo de vazo de um lquido atravs de um

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capilar (viscosmetro de Oswald); da medida do tempo de queda de uma esfera atravsde um lquido (Hppler); medindo a resistncia ao movimento de rotao de eixosmetlicos quando imersos na amostra (remetro de Brookfield)

No caso da vazo de um lquido atravs de um capilar o coeficiente de viscosidade,segundo Poiseuille, :

= ( r4 t P)/8VL (2)

onde P a presso hidrosttica sobre o lquido, V o volume do lquido que flui em tsegundos atravs do capilar de raio r e de comprimento L. Sendo a presso exercidapela coluna do lquido correspondente a: P = h..g ; h=altura da coluna de lquido,=densidade do lquido, g= acelerao da gravidade.

O viscosmetro de Ostwald (Fig.1) permite uma determinao simples docoeficiente de viscosidade a partir de uma substncia padro. Neste caso as medidas deviscosidade so feitas por comparao entre o tempo de vazo de um lquido deviscosidade conhecida, geralmente gua, e do lquido cuja viscosidade se deseja

determinar.A partir da equao (2) aplicada ao lquido de viscosidade desconhecida e ao

lquido padro, obtm-se a equao (3), a qual nos permite determinar a viscosidaderelativa do lquido:

onde , d e t so, respectivamente, o coeficiente de viscosidade dinmica, a massaespecfica e o tempo de escoamento de igual volume dos lquidos 1 e 2 (este ltimo

sendo o padro).Este mtodo d bons resultados para lquidos com viscosidade mdia (gua

etc.). Para lquidos muito viscosos (glicerina e leos em geral), pode-se determinar aviscosidade relativa pelo mtodo da velocidade da queda de bolas atravs do lquido,usando o viscosmetro de Hppler (Fig.2) . Este mtodo tambm apropriado paradeterminar a viscosidade absoluta de lquidos, usando a equao 4:

= t(ds - dL)K (4)

t= tempo de queda da bola (seg).

K = cte especfica da bola (mPcm3), fornecido pelo fabricante.ds= densidade da bola (g/cm3).

dL = densidade do lquido (g/cm3).A densidade do lquido (dL), para uma certa temperatura, pode ser obtida do

Handbook5, ou determinada experimentalmente.A viscosidade relativa no mtodo de Hppler pode ser determinada pela

equao 5:

(5))(

)(

22

11

2

1

tdd

tdd

s

s

=

( )32

1

2

1

2

1

t

t

d

drel

==

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a

b

C

A

B

Mtodo A: Viscosmetro de Ostwald (Fig. 1)Material: Viscosmetro, Cronmetro, pipetas de 10 mL, picnmetro,gua destilada, tubo de borracha, soluo de sacarose.

Figura 1. Viscosmetro de Ostwald

Procedimentoi)Prepare 5 solues de sacarose na faixa de 5 a 30% (m/V).Confira a concentrao da soluo preparada atravs dorefratmetro (grau BRIX).1. O viscosmetro deve estar limpo e desengordurado.2. Com auxlio de uma pipeta, colocar cerca de 10 mL de gua

destilada. Esta quantidade deve ser suficiente para encher at a metade o bulbo (C) doviscosmetro.

3. Colocar o viscosmetro preso em uma garra num suporte universal.4. Por suco atravs de uma pera eleve o lquido para o bulbo (A), cuidando para que omesmo chegue cerca de 1 cm acima da marca (a)(reproduzir sempre esta mesma posioem todas as medidas) e ento deixe o lquido escoar livremente.

5. Cronometre o tempo necessrio para que o lquido escorra entre as marcas (a) e (b)(Fig. 1).6. Fazer 03 medidas, para obter a melhor mdia.OBS: Se o viscosmetro estiver convenientemente limpo, os tempos de escoamento no

diferiro de mais de 0,2%. A temperatura do lquido deve ser a mesma para asdiferentes leituras.

7. Enxaguar o viscosmetro duas vezes com a soluo desacarose a 10% e posteriormente repetir os passos de 2 a 6,tendo o cuidado de conduzir as operaes nas mesmascondies anteriores

Mtodo B - Viscosmetro de Hppler

Figura 2. Viscosmetro de Hppler

Procedimento:Use as mesmas solues preparadas para o viscosmetro de Ostwald

1. O viscosmetro deve estar limpo e enxaguado com o lquido que for usado paradeterminar a viscosidade. Ajustar o prumo do aparelho.

2. Escolher a esfera adequada para cada lquido (gua = esfera de vidro).3. Encher completamente o tubo interno do viscosmetro com gua.4. Anotar o tempo de queda da esfera entre as marcas A e B no viscosmetro.5. Fazer mais duas determinaes para obter a melhor mdia.6. Repetir os passos (2 a 5), para as solues de sacarose.7. Lavar o viscosmetro .obs.: Obter do prof. os valores de densidade (ds) e constante especfica das esferas (K).

A

B

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DETERMINAO DA DENSIDADE:UTILIZAO DO PICNMETRO1 - Utilize um picnmetro de 25 ou 50 ml para determinar a densidade de cada lquido(soluo de sacarose e shampoo) nas respectivas temperaturas em que foram feitas asdeterminaes das viscosidades.

2 - Pese o picnmetro vazio. Depois de pesado, encha o picnmetro com o lquido-problema e pese-o novamente. Atravs da frmula (d = m / v) voc obtm o valor dadensidade do lquido naquela temperatura. (No esquea de descontar a massa dopicnmetro vazio).

Tratamento de dados e questionrio:Obtenha da literatura, a densidade da gua nas condies de temperatura da experincia(temperatura ambiente).1. Determinar a viscosidade relativa gua para as solues de sacarose nas condiesde temperatura da experincia, pelo mtodo de Ostwald. (compare com dados daliteratura)

2.Determinar a viscosidade relativa gua e a viscosidade cinemtica para as soluesde sacarose nas condies de temperatura da experincia, pelo mtodo de Hppler.3. Determinar a viscosidade absoluta dos lquidos (solues de sacarose), peloviscosmetro de Hppler.4. Faa grficos que exibam o comportamento da viscosidade em funo da densidadedas solues com os dados obtidos nos dois viscosmetros

Bibliografia:1.Paulo A. Netz, George G. Ortega, Fundamentos de Fsico Qumica- Uma abordagem

conceitual para as cincias farmacuticas. Cap. 08, Artmed 2002.2.Alfred N. Martins, Princpios de Fsico-Qumica para Farmcia y Biologia.Cap. 183. H.D.Crocford. John Wiley, Laboratry Manual of Physical Chemistry,. Exp. 6.4. Daniels, Experimental Physical Chemistry, McGraw-Hill, Cap. VIII.5.CHANG, R.,Physical-Chemistry with Applications to Biological Systems. Macmillan

Publishing Co. New York, 1981.Viscosidade de alguns lquidosLquido Viscosidade (P)a

Unidades CGSViscosidade N s m-2Unidades SI

ViscosidadecP=mPa.s

gua 0,0101 (298 K) 0,00101 0,890Acetona 0,00316 0,000316 0,306Etanol 0,01200 0,001200 1,074

Glicerina 14,9 1,49 934Sangue 0,04 (310 K) 0,004 -a) 1 poise (P) = 1 dina. s. cm -2 = 0,1 N s m-2. cP = centi-poise = mPa.s = mili Pascal vezesSeg.