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UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTOBAL DEHUAMANGA
FACULTAD DE CIENCIAS BIOLOGICAS
ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE BIOLOGIA
PRCTICA N: 04CURSO: FISICOQUMICA QU 241
PROFESOR:
ALUMNOS: MEDINA ANDIA, Emanuel.QUISPE TOFENIO, WiltonSALCEDO
GONZALES, Jonathan
DIA DE PRCTICA: LUNESHORA DE PRCTICA: 7.00 -10.00 a.m.
AYACUCHO PER2009
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VISCOSIDAD Y DENSIDAD DE LIQUIDOS A DIFERENTES
TEMPERATURAS(Mtodo del viscosmetro de Ostwald modificado)
I. OBJETIVOS:- Determinar la densidad de un lquido o de una
solucin en estudio a diferentes
temperaturas por picnometra.- Determinar la viscosidad absoluta
o dinmica de un lquido o de una solucin a
diferentes temperaturas por el Mtodo del viscosmetro de Ostwald
modificado.- Hallar la viscosidad cinemtica de un lquido o de una
solucin.- Determinar la energa de flujo, la variacin de la energa
libre de Gibas de activacin,
el factor pre-exponencial y la entropa de proceso de flujo.
II. FUNDAMENTO TEORICO:
A. VISCOSIDAD DE LOS FLUIDOS:
La viscosidad o frotamiento interno es una de las propiedades
fsicas de un fluido. Esla resistencia experimentada por una porcin
de un lquido cuando se desliza sobreotra. Depende del estado fsico
de los cuerpos, pues mientras que en los gases es muypequea en los
slidos alcanza su valor mximo. El valor de la viscosidad en
loslquidos vara ampliamente, desde algunos lquidos como el ter di
etlico que correnfcilmente, hasta otros como el alquitrn o los
aceites pesados que sonextremadamente viscosos
VISCOSIDAD DINAMICA:La tensin de corte ( ) que se desarrolla en
el movimiento de un fluido depende dela viscosidad del fluido. Se
puede definir como la fuerza requerida para deslizar unacapa de rea
unitaria de una sustancia sobre otra capa de la misma
sustancia.
= F (N/ m2)A
La definicin de la viscosidad dinmica es:
= = (v) N. sv/y y m2
VISCOSIDAD CINEMATICA:Es la relacin entre la viscosidad
absoluta, expresada en poise, y la densidad dellquido a la misma
temperatura, es decir, viscosidad cinemtica (stoke) =
viscosidaddinmica (poise)/densidad (g/ml). Las unidades de
viscosidad cinemtica son el stoke ycentistoke (siendo 1 stoke = 100
centistoke).
= / (m2/s)
EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA VISCOSIDAD
a) Gases
Todas las molculas de un gas estn en un continuo movimiento
aleatorio. Cuando hayun movimiento en bloque debido a un flujo,
dicho movimiento se superpone a losmovimientos aleatorios y luego
se distribuye por todos el fluido mediante colisionesmoleculares.
Los anlisis basados en la teora cintica predicen:
m aT1/2
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La prediccin de la teora cintica concuerda perfectamente con las
tendenciasexperimentales, aunque debe determinarse la constante de
proporcionalidad y uno oms factores de correccin; esto limita la
aplicacin prctica de esta sencillaecuacin.
Si se dispone de dos o ms puntos experimentales, los datos deben
correlacionarsemediante la correlacin emprica de Sutherland
m = bT1/2 / (1 + S/T)
Las constantes b y S pueden determinarse simple escribiendo
m = bT3/2 / (S + T)
T3/2 / m = T/b + S/b
b) Lquidos
No es posible estimar tericamente las viscosidades para lquidos
con exactitud. Elfenmeno de la transferencia de momento por medio
de colisiones moleculares pareceoscurecerse en lquidos por efecto
de los campos de fuerza que interactan entre lasmolculas lquidas
apiadas y muy cercanas unas a otras.
Las viscosidades de lquidos son afectadas drsticamente por la
temperatura. Estadependencia de la temperatura absoluta se
representa bien mediante la ecuacinemprica:
m = Aexp (B/T) (15)
En resumen: en gases el aumento de temperatura provoca un
aumento en laviscosidad mientras que en los lquidos un aumento de
la temperatura disminuye laviscosidad.
MEDICION DE LA VISCOSIDAD
1. Viscosmetro de tubo capilar: Instrumento utilizado para medir
la viscosidad de loslquidos. Consiste en una pequea vasija en cuyo
fondo existe un orificio calibrado y detamao conocido, y en la que
se vierte un volumen conocido de lquido. El tiempo queste emplea en
fluir por el orificio es una medida de su viscosidad. Este se
denominaviscosmetro de Ostwald o de Ubbelohde.
Figura: Viscosmetro de tubo capilar (Las dimensiones en mm)
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B. LA DENSIDAD
Los cuerpos difieren por lo general en su masa y en su volumen.
Estos dos atributosfsicos varan de un cuerpo a otro, de modo que si
consideramos cuerpos de la mismanaturaleza, cuanto mayor es el
volumen, mayor es la de materia que compone alcuerpo en cuestin y
que explica el porqu dos cuerpos de sustancias diferentes queocupan
el mismo volumen no tienen la misma masa o viceversa.
La densidad de una sustancia es la masa que corresponde a un
volumen unidad dedicha sustancia. Su unidad en el SI es el cociente
entre la unidad de masa y la delvolumen, es decir Kg./m3.
III. MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS:
- 2 viscosmetro gemelos de Oswald cannon-Fenske del mismo
nmero.- 2 pipetas volumtricas de 10 mL- termmetros auxiliar al
0.2C- 2 picnmetros de aprox. 10ml con o sin termmetro.- 2 porta
buretas dobles de Fisher con pinzas y abrazaderas.- 2 soportes
universales- una bombilla de aspiradora o de succin.- vaso
precipitado- bao mara- 1 cronmetro con mnimo = 0,01s- balanza
analtica- n-hexanol- 25ml de acetona para lavar
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
a. Determinacin de la densidad del lquido problema en estudio a
diferentestemperaturas por el mtodo del picnmetro.
Llenar el picnmetro limpio y seco con lquido de referencia (H2
O) y dejar caersuavemente la tapa. Termostatizar por 5 min. a la
primera Temperatura constante,luego llevar a pesar fijndose que no
tenga burbujas.(WP+w ).enjuagar el picnmetrocon acetona para lavar
secar y enjuagar con el liquido problema. Llenar el picnmetro
enjuagado con lquido problema (n-butanol) y dejar caersuavemente la
tapa. Termostatizar por 5 min. a la primera temperatura cte. Pesar
ysecar (W1+w). enjuagar el picnmetro con acetona para lavar secar y
enjuagar con ellquido problema. Repetir los dos pasos anteriores
sucesivamente a cada una de las tres o mastemperaturas fijadas.
Simultneamente con la determinacin de los tiempos de flujo.
b. Determinacin comparativa de los tiempos de flujo promedio del
lquido dereferencia y del lquido problema en estudio a diferentes
temperaturas.
Termostatizar a la primera temperatura los viscosmetros y su
contenido durante 5minutos contados a partir del instante en que se
alcanzo y mantuvo la temperaturaconstante. En todo instante los dos
viscosmetros permanecen sumergidos en el baotermostatito. Vigilar
la temperatura del termostato, Succionar el lquido de referencia
por el extremo delgado de los viscosmetros
hasta superar el bulbo inferior con ayuda de la bombilla
aspiradora. Retener en esenivel y disponerse a poner en
funcionamiento el cronometro en el instante que
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alcanza el nivel de la marca superior para detenerlo cuando
llega a la marca inferior.Anotar el tiempo de flujo del lquido de
referencia (tw) en el casillero correspondiente.Repetir la
determinacin del tiempo de flujo en el mismo viscosmetro 3
vecesadicionales. Succionar el liquido problema en estudio ya
Termostatizado por el extremodelgado del otro viscosmetros hasta
superar el bulbo inferior con ayuda de labombilla aspiradora
Retener en ese nivel y disponerse a poner en funcionamiento
elcronometro en el instante que alcanza el nivel de la marca
superior para detenerlocuando llega a la marca inferior. Anotar el
tiempo de flujo del lquido problema (t1) enel casillero
correspondiente. Repetir la determinacin del tiempo de flujo en el
mismoviscosmetro 3 veces adicionales. Alcanzar la segunda
temperatura del termostato regulndolo para que semantenga constante
durante la Termostatizacin del picnmetro y su contenido ydurante la
determinacin de los 8 tiempos de flujo a esta nueva temperatura.
anotaren los casilleros correspondientes. Repetir a las otras dos o
ms temperaturas las partes (a) y (b) anteriores.
V. DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO
a. Cuadro N 01: picnometria:
N TC WP1 (g)Picnmetro1
WP2 (g)Picnmetro2
WP1+L (g)n-butanol
WP2+H20 (g)H2O
L(g/ml)
H2O(g/ml)
01 20
14.1584 9.7216
22.3605 19.3525 0.82021 0.96302 25 22.3314 19.3419 0.81730
0.96203 30 22.3115 19.3356 0.81531 0.96104 35 22.2943 19.3207
0.81359 0.960
b. Cuadro N 02: viscosidad mtodo del viscosmetro de oswald
modificado
N TC H2O (s)(H2O) L(s)
(n-butanol)H2O
(g/ml)L
(g/ml)2OnH2O
(cp)2OnL
(cp)
1 247 76 6
Promedio :6.5 Promedio :19.25
20 1919 19 0.963 0.82021 0.9142 2.7074
2 28
Promedio :6
6 66 6
Promedio :17.75
18 1718 18 0.962 0.81730 0.8360 2.4732
3 31
Promedio :6
6 66 6
Promedio : 17
17 1717 17
0.961 0.81531 0.7840 2.2213
4 35
Promedio :5.25
6 55 5
Promedio : 15.25
16 1515 15
0.960 0.81359 0.7225 2.0987
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VI. CALCULOS Y RESULTADOS:
a. determinacin de la densidad del lquido estudiado a diferentes
temperaturas.
WP1+L WP1 = WL (n-butanol) = mWP2+H20 WP2 = WH2O V
L = WP1+L WP110
H2O = WP2+H2O WP210
A 20C
L = (22.3605 14.1584) g = 0.82021 g/ml10 ml
H2O = (19.3525 9.7216) g = 0.96309 g/ml10 ml
A 25C
L = (22.3314 14.1584) g = 0.81730 g/ml10 ml
H2O = (19.3419 9.7216) g = 0.9603 g/ml10 ml
A 30C
L = (22.3115 14.1584) g = 0.81531 g/ml10 ml
H2O = (19.3356 9.7216) g = 0.96140 g/ml10 ml
A 35C
L = (22.2943 14.1584) g = 0.81359 g/ml10 ml
H2O = (19.3207 9.7216) g = 0.95991 g/ml10 ml
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Grafica N 01
b. Determinacin de la viscosidad (absoluta) a diferentes
temperaturas.
N TC tH20 (promedio) s tL (promedio)s01 20 6.50 19.2502 25 6.00
17.7503 30 6.00 17.0004 35 5.25 15.25
P X X r4 x tL L 8 x V x H20 P X X r4 x tH2O
8 x V x
L H20 X tLtH2O
Densidad vs Temperaturay = -0,0006x + 0,8345
0,8120,8130,8140,8150,8160,8170,8180,8190,82
0,821
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Temperatura C
Den
sida
d g/
ml
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A 20 C
2OnL = 0.9142 X 19.25 = 2.7074 cp6.50
A 25 C
2OnL = 0.8360 X 17.75 = 2.4732 cp6
A 30 C
2OnL = 0.7840 X 17 = 2.2213 cp6
A 35 C
2OnL = 0.7225 X 15.25 = 2.0987 cp5.25
Grafica N 02: Viscosidad Vs Temperatura
Viscosidad vs Temperaturay = -0,0573x + 4,066
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Temperatura C
Visc
osid
ad
-
Grafica N 03: Ln de viscosidad Vs 1/ temperatura K-3
c. Determinacin de la energa de activacin o de flujo, EaDe la
ecuacin:
Linealmente tenemos: ln 2On= (Ea/R) (1/T) + lnA
Siendo la pendiente: m = Ea /R Ea = m x R
R= 1.987 Cal/molK
ln 2On = (Ea/R) (1/T) + lnA
y = 2,403 X - 7,0817
y = m X + b
m = 2,403
m = E a /R
E a = m x R
E a = 2.403 x 1.987
Ea = 4.7748 Cal/mol
ln n vs 1/T x 10-3y = 2,403x - 7,0817
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
3,24 3,26 3,28 3,3 3,32 3,34 3,36 3,38
1/T x 10-3
ln n
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d. determinar el factor pre - exponencial A lquido en
estudio:
(1/ 2OnL) = A x e-Ea/RT
20C: (1 / 2.7074) = A x e -4.7748/1.987 x 297.15
0.3694 = A x e -0.00809
A = 0.3694/0.9919
A = 0.3724
25 C: (1 / 2.4732) = A x e -4.7748/1.987 x 301.15
0.4043 = A x e -0.00798
A = 0.4043/0.9921
A = 0.4075
30 C: (1 / 2.2213) = A x e -4.7748/1.987 x 304.15
0.4502 = A x e -0.00790
A = 0.4502/0.9920
A = 0.4538
35 C: (1 / 2.0987) = A x e -4.7748/1.987 x 308.15
0.4765 = A x e -0.00780
A = 0.4765/0.9922
A = 0.4802
d. determinar la entalpia de flujo, H a 24C, 28C, 31C y 35C
H = R (ln 2OnL/ L)1/T
R= 1.987 Cal/molK
A 20 C
(ln 2OnL/ L) = 0.9960/0.9142 = 324.251/T 3.36 x 10-3
H = 1.987 x 324.25
H = 644.29 Cal/mol
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A 25 C
(ln 2OnL/ L) = 0.9055/0.8360 = 326.251/T 3.32 x 10-3
H = 1.987 x 326.25
H = 648.26 Cal/mol
A 30 C
(ln 2OnL/ L) = 0.7981/0.7840 = 309.421/T 3.29 x 10-3
H = 1.987 x 309.42
H = 614.82 Cal/mol
A 35 C
(ln 2OnL/ L) = 0.7413/0.7225 = 315.701/T 3.25 x 10-3
H = 1.987 x 315.70
H = 627.30 Cal/mol
e. determinar la entropia de flujo, S a20C,25Cy30C
S = (H - Ea )TK
A 20C
S = 644.29 4.7748 = 2.15 Cal/mol297.15
A 25C
S = 648.26 4.7748 = 2.14 Cal/mol301.15
A 30C
S = 614.29 4.7748 = 2.01 Cal/mol304.15
A 35C
S = 627.30 4.7748 = 2.02 Cal/mol308.15
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Tabla n 3: H , S a diferentes temperaturas:
TC 1/T, K-1 2OnL ln 2OnL (ln/ )1/T
Ecal/mol
Hcal/mol
scal/mol
20 3.36 X 10-3 2.7074 0.9960 324.254.7748
644.29 2.1525 3.32 X 10-3 2.4732 0.9055 326.25 648.26 2.1430
3.29 X 10-3 2.2213 0.7981 309.42 614.82 2.0135 3.25 X 10-3 2.0987
0.7413 315.70 627.30 2.02
VII. CONCLUSIONES
Se determin la densidad por el mtodo de Picnometra. Se determino
la viscosidad de solucin a diferentes temperaturas por el
viscosmetro por el viscosmetro de Oswald. Se hall la viscosidad
relativa, absoluta y cinemtica de la sustancia. Tambin se aprendi
determinar la energa de flujo, libre de Gibas de
activacin, Factor exponencial y la entropa del proceso de
flujo.
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VIII. BIBLIOGRAFIA
METZ, C FisicoqumicaEdt. Mc Graw Hill Latinoamericana S.ABogot
Colombia
BARRIW, C. M Qumica FsicaEdit. Reverte, 3 EdicinBarcelona
Espaa