FSQ - 4.docx

“

Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga”

Facultad de ingeniería Química y Metalurgia E. F. P:

Ingeniería Agroindustrial

PRACTICA Nº 04

“VISCOSIDAD Y DENSIDAD DE LIQUIDOS A DIFERENTES TEMPERATURAS”

Curso

: FISICO QUIMICA (QU- 242)

Profesor

:

Integrante

: EVANAN QUICAÑO, Amelia Fátima : CORDERO QUISPE, Emma

Ing.

Hora de práctica: VIERNES 6-9 PM

Ayacucho – Perú 2013

VISCOSIDAD Y DENSIDAD DE LIQUIDOS A DIFERENTES TEMPERATURAS I.

OBJETIVO.



Determinar la densidad de un líquido o de una solución estudios a diferentes temperaturas por picnometria.



Determinar la viscosidad absoluta o dinámica de un líquido o de una solución a diferentes temperaturas por el método del viscosímetro de Ostwald modificado.



Hallar la viscosidad cinemática de un líquido o de una solución.



Determinar la energía de flujo, la variación de la energía libre de Gibbs de activación, el factor pre exponencial y la entropía del proceso de flujo.

II. EXTRACTO DE LA REVISION BIBLIOGRAFICA Densidad de líquidos a diferentes temperaturas por el método del picnómetro. 

Para la densidad de un líquido de referencia, generalmente agua, podemos escribir.



Para la densidad de un líquido o solución en estudio, también podemos escribir.

Si utilizamos un picnómetro (p) y lo pesamos limpio y seco con una tapa (Wp) para luego de Termostática, a una determinada temperatura constante, primeramente el picnómetro lleno del liquido y pesar y luego el picnómetro lleno del liquido en estudio y pesa al dividir entre, por ser el mismo picnómetro y a la misma temperatura se cumple que, obtendremos la ecuación que nos permite calcular la densidad de un liquido a una determinada temperatura , utilizado los valores de la densidad del agua de la tabla . (

)

Viscosidades y su determinación a diferentes temperaturas. La capacidad de un liquido para fluir se mide por su viscosidad, cuanto mayor es la viscosidad menos móvil es el liquido. El vidrio y los polímeros fundidos son muy viscosos, porque sus moléculas grandes se enredan entre sí. Por ejemplo, el agua es

mas viscoso que el benceno pues sus moléculas presentan fuerzas intermoleculares fuertes, forman enlaces puente de hidrogeno que dificultan el flujo. La medida de la resistencia de un líquido a fluir se le conoce con el nombre de viscosidad. La figura Nº 01 nos ayudara a definirla velocidad considerados dos capas líquidas teniendo cada una área ´´A´´ Y separadas por una distancia ” L" A suponer que la capa superior está moviéndose en dirección paralela a la capa inferior y con una velocidad

relativa a la capa de abajo, si el flujo fuese perfecto, es decir sin

atracciones, la velocidad se mantendría constante en el valor sin gasto extra de energía, sin embargo, para un fluido real se requiere una fuerza permanentemente

para

mantener

´´F´´ aplicada

la

velocidad.

Experimentalmente se ha demostrado que la fuerza F es directamente proporcional a la velocidad al área A e inversamente proporcional a la distancia ١ según esta F∞ (Va)/١

consideraciones se tiene.

Para establecer la igualdad se tiene.

F=η (Va)/١

Despejando η de la ecuación y simplificando las unidades de medida se tiene. η=masa/ (longitud > tiempo) Dónde.



η=Una constante de proporcionalidad, llamada coeficientes de Viscosidad



F = fuerza aplicada para mantener la gradiente de velocidad del líquido



V = velocidad del líquido.



A= área de la capa de líquido. Longitud o distancia entre las dos capas consideradas.

La expresión (III.6) nos permite establecer las unidades de la viscosidad absoluta o dinámica. En el sistema CGS, la unidad absoluta (η) se define como g cm -1 s-1 esta unidad se le conoce con el nombre de poise la viscosidad de los gases se expresa en migro poise ó 10.6 mientras que la viscosidad de los líquidos se mide en centipoise (cp.) Igual 102 poise. Para la medición de las viscosidades de líquidos se emplean varios métodos, los dos más comunes son el de cilindros concéntricos rotatorios

y el método de flujo en

capilar. Por este último método se puede determinar la viscosidad utilizando los viscosímetros adecuados, tomando en cuenta el tiempo que transcurre cuando cierta cantidad de un líquido fluye a través de un tubo capilar bajo la fuerza de la gravedad, manteniendo la presión y temperatura constante. En la figura se ilustra los viscosímetros gemelos de Ostwald – Canno- Fenske, uno utilizados con el líquido de referencia (agua) y el otro con el líquido en estudio

La variación de la viscosidad con la temperatura puede representarse

muy

adecuadamente por medio de.

Donde E – es la energía de activación o de flujo A – es una constante llamada

factor exponencial, tiene las mismas

unidades < e η. La ecuación (III.11.) Se puede representar linealmente de la siguiente manera (

)( )

Ó (

)( )

Las cuales son útiles para la determinación experimental de la energía de activación o de flujo, EA

conociendo diferentes valores de

η

a diferentes temperaturas. El

valor de la energía de flujo se determina experimentalmente planteando (Ln η vs 1/T, e igualando la pendiente a (Ea /R). Donde R puede ser igual a 8.3145 J/mol K ó a 1.9872 cal /mol K. La variación de la fluidez (1/η)

para un liquido también puede representarse en

función de la variación de la temperatura, invirtiendo la ecuación (III.11) ( ) ( )

(

)( )

Que también sirve para calcular Ea y el factor pre exponencial A del líquido. La entalpia de flujo del liquido, ΔH, se calcula para una determinada temperatura multiplicado la pendiente a la curva a dicha temperatura por R, de acuerdo a la siguiente expresión La variación de la entropía de flujo (ΔS)

para el líquido a una de terminada

temperatura la podemos calcular con la relación.

Dónde: ΔG- variación de energía libre de Gibbs de flujo Finalmente la viscosidad de los líquidos por debajo de punto de ebullición normal no es afectada particularmente por las presiones moderadas, pero a presiones muy altas

se observan aumentos muy grandes. Además se da el hecho de que, cuanto más compleja sea la estructura molecular, tanto mayor será el efecto de la presión III. 

MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS.

2 viscosímetros ´´gemelos de Oswald-Cannon-Fenske del mismo número (diámetro del capilar) previamente seleccionados, limpios y secos



1 termómetro auxiliar de 0 – 100ºC



1 picnómetro de aprox. 10ml con pinzas y abrazaderas



2 porta buretas dobles de Fisher con pinzas y abrazaderas



2 soporte universales



1 cronometro con mínimo 10.01 s.



1 bombilla aspiradora o de succión



5 cm de cinta engomada



1 píseta de 1L



1 Becker de 500-1000ml



1 recipiente de plástico de 250-250ml de capacidad para retirar y abastecer de agua.



1 estufa programable



1 termostato de temperatura regulable con agitación



1 balanza analítica eléctrica digital, o analógica con ánimo ------



1 refrigeradora para abastecer de cubos de hielo, en caso necesario



1 compresora



Agua potable



150 ml de mescla sulfocronica



35 ml de solvente seleccionado o del aceite lubricante



35 ml de agua destilada o de glicerina de alta pureza



25 ml de acetona para lavar.

A) DATOS BIBLIOGRAFICOS DE LOS COMPONENTES PUROS COMPONENTE

FORMULA

M, g/mol

% DE PUREZA

Ρ, g/mL

nD

Agua

H2O

18

99.9

0.99

1.005

n - butanol

C4H10O

74

99.5

0.81

2.948

nD = viscosidad

de los componentes puros a 20ºC (Condiciones de Laboratorio)

IV. PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTAL  Lavar, enjuagar y secar completamente los dos viscosímetros seleccionados.  Las dos pipetas, el picnómetro y los dos erlenmeyers, si es necesario previamente dejar

24 horas con mescla sulfocrónica y secar en la estufa a 110 – 120 ºC

por 2 horas o enjuagar con acetona para enjuagar y luego secar por 2 minutos con aire de la compresora.  Etiqueta con el nombre del líquido de referencia (agua destilada o glicerina) y del líquido

problema a estudiar ( solvente o lubricante ) para identificar los

viscosímetros, las pepitas y las erlenmeyers.  Regular el termostato a la primera de las cuatro temperaturas  Pesar, por única vez, al más o menos 0.01 mg. El picnómetro con su  Tapa limpia y seco (w). Anotar.  Adicionar 10 ml de líquido de referencia y 10 ml de líquido problema a estudiar a cada viscosímetro, instalados cada uno en su porta bureta y en el termostato de tal manera que los bulbos esféricos queden totalmente sumergidos en el baño termostático.  Registrar las dos pesadas y los tiempos de flujo de ambos líquidos a la primera temperatura. Luego se repetirá estas acciones a cada una de las tres o más temperaturas restantes mantenidas constantes, previamente establecidas a las que se termostatiza el baño. Según se detalla a continuación. A) Determinación de la densidad del líquido problema en estudio a diferentes temperaturas por el método del picnómetro. 

Llenar el picnómetro limpio y seco con el líquido de referencia y dejar caer suavemente la tapa. Termostatizar por 5 minutos a la primera temperatura constante. Retirar y secar exteriormente. Antes de llevar a pesar fijarse que no existan burbujas en su interior. De existir, volver a llenar y tapar suavemente Termostatizar por dos minutos adicionales. Secar, pesar y anotar (Wp+w) en el casillero correspondiente. Verter el líquido de referencia al erlenmeyers correspondiente. Enjuagar el picnómetro con acetona para lavar secar suavemente y enjuagar con el líquido problema a estudiar y desechar la porción del enjuague.



Llenar el picnómetro enjuagado con el líquido problema a estudiar y dejar caer suavemente la tapa. Termostatizar por 5minutos a la primera temperatura constante.

Retirar y secar exteriormente. Antes de llevar a pesar fijarse que no existan burbujas en su interior

de existir volver a llenar y tapar suavemente, Termostatizar por 2

minutos adicionales. secar, pesar y anotar (Wp+l) en el casillero correspondiente. Verter el líquido problema a estudiar al erlenmeyers correspondiente. Enjuagar el picnómetro con acetona para lavar, secar suavemente y enjuagar con el líquido problema a estudiar y desechar la porción del enjuague. 

Repetir los dos pasos anteriores sucesivamente , a cada una de las

tres o más

temperaturas fijadas, simultáneamente con la determinación de los tiempos de flujo. B) Determinación comparativa de los tiempos de flujo promedio del liquido de referencia y del liquido problema a estudiar a diferentes temperaturas. 

Termostatizar a la primera temperatura los viscosímetros y su contenido durante 5 minutos

contados a partir

temperatura

del

constante. En

instante

todo

en

instante

que los

se 2

alcanzo y mantuvo

la

viscosímetro permanecen

sumergido en el baño termostático. Vigilar permanentemente la temperatura del termostato. 

Succionar el liquido de referencia por el extremo delgado del viscosímetro hasta superar el bulbo inferior con ayuda de la bombilla aceleradora. Retener en ese nivel y disponerse a poner en funcionamiento el cronometro en el instante que alcanza el nivel de la marca superior para detenerlo cuando llega

a la marca

inferior. Anotar el tiempo de flujo del líquido de referencia (TW) en el casillero correspondiente. Repetir la

determinación del

tiempo

de flujo

en

el

mismo

viscosímetro 3 veces adicionales. Anotar en los casilleros correspondientes. 

Succionar el líquido

problema en estudio ya termostatizado por el extremo

delgado del otro viscosímetro hasta superar el bulbo inferior con ayuda de la bombilla

aspiradora. Retener

en ese

nivel

y

disponerse

a

poner

en

funcionamiento al cronometro en el instante que alcanza en nivel de la marca superior para detenerlo cuadro llega a la marca inferior . anotar el tiempo de flujo del liquido problema en estudio (TL) en el casillero correspondiente. Repetir la determinación del tiempo de flujo en el mismo viscosímetro 3 veces adicionales. Anotar en sus casilleros. 

Alcanzar la segunda

temperatura

del

termos

tato

regulándolo para

que

se

mantenga constante durante la termostatizacion del picnómetro y su contenido y durante la determinación de los 8 tiempos de flujo a esta nueva temperatura. Anotar en los casilleros correspondientes.



Repetir a las otras 2 o más temperaturas las partes (a) y (b) anteriores.

V- DATOS EXPERIMENTALES, CALCULOS, GRAFICAS Y RESULTADOS: TABLA Nº 1: DATOS Y CÁLCULOS DE LA DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD DE UN LÍQUIDO (N- BUTANOL) A DIFERENTES TEMPERATURAS EMPLEANDO PICNÓMETRO.

Ensayo T°C N° 1

25

2

30

3

35

Wpv g

16.2099g

Wp+s g

Wp+w g

ρw g/m

24.1338

26.0962

0.9970739

24.0887

26.0363

0.9956756

24.0296

25.8750

0.9940594

ρs g/ml

TABLA Nº 2: DATOS EXPERIMENTALES Y CÁLCULOS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD DE UN LÍQUIDO (N- BUTANOL) POR EL MÉTODO DEL VISCOSÍMETRO DE OSTWALD MODIFICADO. T(ºC)

Θw S agua

ΘsS n- butanol

25 Θ=

Θ=

Θ=

Θ=

30

ρw g/ml

ρs g/ml

ηw cp.

ηs cp.

35 Θ=

Θ=

TABLA Nº 3: CÁLCULOS PARA DETERMINACIÓN EXPERIMENTALES DE LA ENERGÍA DE FLUJO DEL LÍQUIDO DE DIFERENTES TEMPERATURAS (1/T) K-1

T (ºC)

ηs cp.

Ln ηs

Ea cal/mol

xiyi

25°C 30°C 35°C

Ʃ xi=

Ʃyi=

Ʃ xiyi=

TABLA N°4, DETERMINACION DE ENTALPIA Y ENTROPIA DE FLUJO DEL LIQUIDO A DIFERENTES TEMPERATURAS T (ºC) 25 30 35

(1/T) K-1

ηs cp

ρs g/ml

Ln(ᶯs/ᵨs)

ΔH cal/mol

ΔS cal/mol

VI. CONCLUCIONES  Con el picnómetro se pudo determinar que la viscosidad de un liquido varía de acuerdo a la temperatura que lo sometemos logrando así detectar que la viscosidad de un liquido baja de acuerdo a que va subiendo la temperatura.  En este trabajo determinamos la viscosidad de la n-butano y el agua a diferentes temperaturas determinando así que la n-butano es mas viscoso en comparación al agua que desde luego también baja con el incremento de temperatura.  Se logró determinar las densidades de los líquidos en estudio por medio del método de psicometría a diferentes temperaturas  La densidad es una característica de cada sustancia. Nos vamos a referir a líquidos y sólidos homogéneos. Su densidad, prácticamente, no cambia con la presión y la temperatura; mientras que los gases son muy sensibles a las variaciones de estas magnitudes.

VII. RECOMENDACIONES:  El uso de los materiales debe ser adecuado para obtener en resultado correcto.  Se recomienda lavar con ACETONA y secar bien el vaso precipitado para poder llegar a tener unos cálculos más exactos.  Al momento de pesar en la balanza esperar un momento hasta enrazar en cero (0.00) para así no alterar o darlo un mal uso.  La presencia del profesor de prácticas es importante para resolver los distintos problemas que se presentan en la práctica y responder las dudas de los alumnos.

.

VIII. REFERENCIA BIBLIOGRAFICCA  PONZ MUZZO, Gastón. “Fisicoquímica” cuarta edición 1978. Lima. Perú.  PEREZ A. A. A.- GARNADOS R. C. S. “Manual de experimentos de fisicoquímica I” UNSCH. Ayacucho. Perú 1980.  LAIDLER, K. J. – MEISER, J. H. “FISICOQUIMICA”. Edit. CECSA. México, D. F. México.  MEZQUITA, C. “nociones de la fisicoquímica aplicada a la biología”. Edit. Expaxis Barcelona España 1971. Pp. 41-43.