viscosidad y termodinamica

VISCOSIDAD : METODO DEL VISCOSIMETRO DE OSTWALD Propósito El propósito de este experimento es el de estudiar la determinación de la viscosidad de líquidos por medio del viscosímetro de Ostwald. El procedimiento de Ostwald también es usado par estudiar el efecto de la temperatura temperatura en el cambio de la viscosidad.

Teoría El concepto general de viscosidad es uno familiar. Líquidos menos móviles, tales como aceites lubricantes, se dice que tienen una mas grande viscosidad que los líquidos móviles, tales como el agua y el benceno. En general, puede ser  establecido que la velocidad de flujo de un liquido esta determinada por la viscosidad. Mas exactamente, es la resistencia experimentada por una capa de liquido en movimiento que pasa sobre otra capa que esta en estado estacionario estacionario a esto se le llama viscosidad. Una columna de liquido en un tubo circular puede ser considerado como una capa concéntrica, o cilíndrica de liquido. En el movimiento a través del tubo, la capa mas cercana a la pared queda como un remanente estacionario si se humedece la superficie de. Cada capa interior  sucesivamente se mueve pasando una al lado de la otra, aprovechando una velocidad que se incrementa en el centro del tubo. Esta es conocida como flujo de línea de corriente y es caracterizada por ausencia de movimientos y turbulencias en general. En el tratamiento teórico de este tipo de flujos, el liquido es considerado para tener una propiedad, llamada fricción interna, que resiste el movimiento de los cilindros cil indros hipotéticos. La magnitud de setas fricciones determina la viscosidades de los líquidos. Para un liquido en el cual una fuerza de 1 dina por  centímetro cuadrado causa dos superficies de liquido paralelas, 1 centímetro aparte de la pasada anterior con una velocidad de 1 centímetro por segundo, la viscosidad es definida como un poise. El coeficiente de viscosidad es usualmente representado representado por la letra griega eta ( ). El instrumento utilizado en la determinación de la viscosidad es el viscosímetro de Ostwald, que se muestra en la Figura 5.1. El método para determinar la viscosidad con este instrumento consiste en la medición del tiempo de flujo de un volumen conocido de un liquido ( el volumen contenido entre las marcas a y b) a través de un capilar, B, de longitud conocida y un radio bajo la influencia de la gravedad. Desde consideraciones consideraciones teóricas de Poiseuille obtenida la siguiente ecuación aplicable por el procedimiento procedimiento de Ostwald : =

r4 pt 8Vl

(1)

en la cual p es la presión hidrostática de el liquido ( proporcional a la densidad), t es el tiempo de flujo en segundos, r es el radio del tubo, l es la longitud del capilar, en centímetros, y V es el volumen de el liquido en centímetros cúbicos. cúbicos. Aunque los valores de todas las variables eN la ecuación de Pouiseuille, ecuación (1), puede ser determinado experimentalmente por un viscosímetro dado así que la viscosidad absoluta, puede ser calculada, el procedimiento usual es para

determinar la viscosidad relativa de una sustancia de referencia a una temperatura seleccionada. Esta es denominada como la viscosidad relativa. El agua a 25ºC es usualmente usado como liquido de referencia. Para obtener la viscosidad relativa de una sustancia a una temperatura dada, es necesario medir el tiempo de flujo a esta temperatura y el correspondiente tiempo de flujo para el mismo volumen de agua en el mismo viscosímetro a 25ºC. Donde la presión de un liquido en un viscosímetro de el tipo usado es proporcional a la densidad, y donde los términos r, V, y l e n ecuación (1) son el mismo para ambos líquidos, este dará la razón de las viscosidades esta dada para la siguiente ecuación : 1 2

=

d1 t1 (2) d2 t2

Si la sustancia 2 es el liquido de referencia, arbitrariamente se asigna al 2 el valor  de la unidad. Entonces 1 es calculado por la sustitución de las densidades y los tiempos de flujos en la ecuación (2).Se puede también usar la ecuación (2) para obtener la viscosidad del agua a una temperatura relativa dada para la viscosidad del agua a 25ºC. Una vez que la viscosidad relativa es conocida, la viscosidad absoluta puede ser calculada por multiplicación de la viscosidad relativa de la sustancia por la viscosidad del agua a 25ºC . El procedimiento de Ostwald no esta disponible para determinación de la viscosidad de líquidos alta y moderadamente viscosos. Un procedimiento frecuentemente usado para tales líquidos es el método de caída de la bolita. Este consiste en determinar el tiempo necesario que una pequeña bolita de densidad conocida cae a través de una distancia fijada en una columna de un liquido de referencia y en un liquido de viscosidad a medir. El efecto de temperatura cambia la viscosidad en forma pronunciada, la viscosidad decrece con el incremento de temperatura. Para buenos resultados se debe mantener el sistema a temperatura constante. La unidad absoluta de viscosidad es el poise. La viscosidad relativa no esta expresada en alguna unidad, donde esta es meramente una razón.

Aparatos y Sustancias Viscosímetro de Ostwald, baños a temperatura constante; metanol u otro liquido seleccionado. Procedimiento Se limpia el viscosímetro de Ostwald con una solución de limpieza en caliente o un buen detergente. Enjuague cinco veces con agua destilada. Introduzca con una pipeta una cantidad de agua destilada dentro del viscosímetro hasta que se llene el volumen entre a y b, al mismo tiempo dará una superficie de liquido en la tercera parte mas baja de el fondo del bulbo. Note que el bulbo tiene un volumen mucho mas grande que el contenido entre a y b. Coloque el viscosímetro en el baño a temperatura constante y permita que este llegue a un equilibrio térmico. Un tubo de goma colocado en la parte superior del

viscosímetro puede ser usado para empujar el liquido sobre el bulbo A. Mida el tiempo necesario para que el nivel del agua pasa desde la marca a hasta la marca b. Realice cuatro determinaciones. El baño a temperatura constante no deberá variar mas que  0.2 ºC. Realice las determinaciones a 25ºC, 30ºC y 35ºC. Repita las mediciones usando metanol. Esto es necesario para usar un volumen igual a esta sustancia de referencia.

Cálculos En el método del viscosímetro de Ostwald las densidades del agua y el metanol pueden ser obtenidas desde un Handbook o de las Tablas Internacionales Criticas. Por medio de la ecuación (2) calcule la viscosidad relativa del agua a 30ºC y 35ºC y del agua a 25ºC tomando como unidad la viscosidad.. Entonces usando el valor de 0.008904 poise para la viscosidad absoluta del agua a 25ºC, calcule la viscosidad absoluta del agua a 30ºC y 35ºC. Compare sus valores con los del Handbook.

Figura 13.- Viscosimetro de Ostwald A- Bulbo ; B- Capilar

TERMODINAMICA DE UNA CELDA GALVANICA

Teoría La relación entre el cambio de la energía libre de Gibbs de un sistema y los cambios de entropía y entalpía es ∆G = ∆H - T∆S donde ∆G= Energía Libre de Gibbs ( máximo trabajo usado obtenido), ∆H = entalpía, ∆S= entropía, y T = temperatura absoluta. La e cuación ∆G = - n F E indica el cambio en la energía libre de Gibbs para nF coulombs descargados a través de un potencial E, donde n = moles de electrones , y F = coulombs/moles de electrones. Mediciones del potencial de una celda galvánica a algunas temperaturas que permitirá el calculo del máximo trabajo obtenible desde una cantidad dada de reactantes, pero una simple medición de potencial es inadecuada para obtener valores de ∆H y de ∆S también. Para una celda galvánica dada - n F E = ∆H - T∆S y, por lo tanto ∆S = nF(dE/dT)P El cambio en entropía ∆S puede así ser obtenido desde la pendiente a algunas temperaturas dadas de una gráfica de E versus T. Cuando ∆G y ∆S son conocidos para una temperatura dada T, ∆H es calculado.

Materiales La celda galvánica a usar es :

Zn / Zn2+ (1.00 M) // Fe(CN)6-3(0.10 M),Fe(CN) 6-4(0.10 M)/ Pt  La reacción total es : Zn + 2Fe(CN)6-3 (ac) ---> 2Fe(CN)6-4(ac) + Zn2+ Experimento El electrodo de zinc tiene un ancho de 1cm de hoja de cinc.; el platino es

un alambre. Una simple solución de 0.1 M de sal de cloruro fue usada como puente salino. La solución de ferrocianuro-ferricianuro de potasio se realiza en el laboratorio, porque estas soluciones se descomponen lentamente si se dejan almacenadas. A través del programa Science Workshop se seguirá la reacción termodinámica. Las temperaturas de la celda galvánica estarán en el rango de 0ºC a 55ºC que tendrán un potencial de 1.250 V a 1.150 V.

Cálculos La grafica de E vs T fue inicialmente fijada para la ecuación cuadrática E= A + B T + C T 2 donde A, B y C son constantes empíricas. En esta ecuación el valor de la constante C es tres a cuatro veces en orden de magnitud más pequeña que B, tal que una buena aproximación (0.1% de error) es usar la regresión lineal que ayuda a determinar B(=(dE/dT) P)desde la ecuación : E= A+BT La ecuación relaciona E vs T para ser determinados, y varios cálculos termodinámicos son posibles.∆G puede ser  determinado para algunas temperaturas como el ∆H y el ∆S. En este caso serán obtenidos estos valores para 25ºC.

Figura 11.- Celda galvánica a utilizar.