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Viscosidad de soluciones ideales y no ideales Grupo 3 Campo Malaver, Diana Carolina 1 Hernandez Leguizamon, Kelly Johanna 2. Nieto Chaux, Jarod Andres3 , Suarez Hernandez, Eimmy Tatiana 4. Tapiero Torres, John Sebastian 5 1

[email protected], 2 [email protected], [email protected], 4 [email protected], [email protected] RESUMEN El objetivo de la práctica es el de hallar y analizar la viscosidad de diferentes mezclas, una con propiedades relativamente ideales y otras que no (agua-glicerina). Para representar el objetivo se realizó en primer lugar la calibración del viscosímetro de ubbelohde con agua bajo las mismas condiciones de temperatura a la que se pondrá la mezcla no ideal, siendo estas de 25, 30 y 35°C; posteriormente de la calibración del instrumento se hicieron las mediciones con agua-glicerina bajo las condiciones de temperatura descritas anteriormente tomándose cada una a 5, 10 y 15% de composición. Además, se pretende verificar la validez de la forma de expresar la viscosidad de una mezcla propuesta por Kendall(Ecuación 7) y de que la fluidez para fluidos no asociados se puede considerar aditiva(Ecuación 5). Como hallazgo más relevante se puede definir que la energía de activación disminuye con la concentración, esto se muestra en la tabla 4. MUESTRA DE CÁLCULO

𝐹=

1 𝜂

Ecuación 1. Ecuación de fluidez. 𝐹 = 𝑥𝐴 𝐹 ´𝐴 + 𝑥𝐵 𝐹 ´ 𝐵 Ecuación 2. Ecuación de fluidez para mezclas de líquidos no asociados. ln. 𝜂 = 𝑥𝐴 𝑙𝑛 𝜂𝐴´ + 𝑥𝐵 𝑙𝑛 𝜂𝐵´ Ecuación 3. Ecuación de viscosidad de Kendall para una solución binaria. 𝐿𝑛 𝑛 = 𝐿𝑛 𝐴 +

𝐸𝑛 𝑅∗𝑇

Ecuación 8. Ecuación de viscosidad de Arrhenius. 𝑛 𝐵 = 𝐶𝑡 − 𝑝 𝑡 Ecuación 9. Ecuación para hallar las constantes del viscosímetro 1

Ecuaciones Fluidez (Ecuación 1) 𝐹 (𝐺𝑙𝑖𝑐𝑒𝑟𝑖𝑛𝑎 5% − 25°𝐶 ) =

1 = 2449,111 0,000408311

Fluidez de la mezcla (Ecuación 2) 𝐹 (𝐺𝑙𝑖𝑐𝑒𝑟𝑖𝑛𝑎 5% − 25°𝐶 ) = (0,5 ∗ 0,98814) + (0,5 ∗ 1,12233) = 1,05523 Ecuación de viscosidad de Kendall (Ecuación 3) 𝜂(𝐺𝑙𝑖𝑐𝑒𝑟𝑖𝑛𝑎 5% − 25°𝐶 ) = 0,5 ∗ ln(1,012) + 0,5 ∗ ln(0,891) = −0,05174 Ecuación de viscosidad de Ahrrenius (Ecuación 8) 𝐿𝑛 𝜂 = 𝑒 −44,018 + 10797 ∗ 8,3144 = 89770,57 Ecuación para constantes del viscosímetro (8,93 ∗ 10−4 ∗ 52,08) 52,41 = 0,3513 52,08 1 − 2746,8 52,08

8,041 ∗ 10−4 − 𝐵=

8,93 ∗ 10−4 + 𝐶=

52,42

0,3513 52,42

= 1,44 ∗ 10−4

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Tabla 1. Constantes del viscosímetro

Utilizando la ecuación 9 se hallan las constantes del viscosímetro, con las cuales luego se calculan los valores de viscosidad de la mezcla registrados en la tabla 2. Tabla 2. Viscosidades de la mezcla

Los valores de viscosidad registrados en la tabla dos se hallaron con la ecuación 9, de la cual se necesita el valor de la densidad de la glicerina a las diferentes temperaturas [2]

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Tabla 3. Valores para la regresión lineal

Con los datos de la tabla 3 se obtiene la siguiente gráfica:

Grafica 1. Representación de los datos de la tabla 3. Por medio de la gráfica y la ecuación 8 es posible determinar la energía de activación y alfa de cada mezcla, aunque los R dan 1 para los tres casos, la pendiente de la recta de los datos de glicerina al 15% da negativa, lo que genera un error en el valor de energía de activación, esto se muestra en la tabla 4. Tabla 4. Energía de activación y alfa de cada mezcla

De la tabla 4 se observa que la energía de activación disminuye a medida que la concentración del soluto aumenta, esto tiene sentido, ya que la energía de activación es la energía necesaria para romper la barrera de fricción entre las moléculas [1]. Sin embargo, la energía de activación para el porcentaje de glicerina al 15% se muestra negativo, esto indica un error en la toma de datos, es decir que se registró mal el tiempo. Tabla 3. Porcentaje de error en la fluidez

3

Tabla 4. Porcentaje de error en la ecuación de viscosidad

Al comparar los datos obtenidos por la ecuación 2 con la ecuación 1 se observa que los porcentajes de error son muy altos para la tabla 3, esto indica que para este caso no se cumple la ley aditivita. Así mismo la ecuación propuesta por Kendall tampoco se cumple como se observa en la tabla 4, donde los porcentajes de error son muy altos, estos errores se presentan debido a que al tener solo dos datos de viscosidad a las temperaturas de 25 y 30°C no son suficiente registro para tener resultados confiables.

CONCLUSIONES 

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No se presentó el cumplimiento de las ecuaciones 1 y 3 en su totalidad, debido a un alto porcentaje de error en la toma de datos de la glicerina, probablemente presentado a las amplias deficiencias y confusiones originadas durante el el desarrollo de la práctica. Dependiendo de la sustancia a evaluar se proporciona el viscosímetro acorde con el estudio, es decir la implementación de este instrumento depende de las características del flujo, en base a lo anterior se utilizó un viscosímetro Ubbelohde (norma DIN 51 562), forma normal (DIN), debido a que nuestro flujo se comporta newtonianamente. Para conocer la viscosidad en soluciones acuosas se presentan distintos métodos de cálculo, que abarcan ciertos rangos de medición en este caso del Viscosímetro Ubbelohde, forma normal de manipulación manual que oscilan entre 0,3 a > 10.000 (mm2/s), dependiendo del N° de Tipo [3] que referencie el instrumento. Aunque se registraron valores para la viscosidad a 35°C, los datos no se conjugaron con los demás debido a que estos se tomaron con un viscosímetro diferente, del cual no se conocen los parámetros de corrección del viscosímetro.

REFERENCIAS [1] Espinoza, E. (2015). Cinética y termodinámica química. [Online]. Recuperado de: http://www.ugr.es/~mota/Tema4-Cinetica_y_termodinamica.pdf [2] Segur, H. (1951). Viscosidad del glicerol en solución acupsa https://pdfs.semanticscholar.org/b464/9415b0fc5da580b0038d4a40488064edeed6.pdf

[3] Viscosimetros Ubbelohde, forma normal (DIN), [online] Available: http://www.mercofras.com/images/bf8be-SI-Analytics-Catalogue-(arrastrado)-3.pdf 4

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