Viscosímetro de Ostwald

El viscosímetro de Ostwald, llamados así por Wilhelm Ostwald, también llamado viscosímetro capilar, consiste en un tubo de vidrio en forma de U sostenido verticalmente en un baño de temperatura controlada.

Historia del viscosímetro

El padre de este viscosímetro fue Wilhelm Ostwald. Nacido en Riga, Letonia, estudió química en la Universidad de Dorpat (ahora Tartu, Estonia) y, después de obtener su doctorado, ascendió rápidamente de rango para convertirse en profesor de química física en el Politécnico de Riga en 1881.

Como estudiante de posgrado, Ostwald había comenzado a buscar los equilibrios estudiando la competencia entre pares de ácidos y bases. Los métodos de análisis tradicionales – valoración o precipitación – habrían perturbado estos sistemas, por lo que Ostwald adoptó medidas físicas, particularmente el volumen de reacción y el índice de refracción, como indicadores sustitutivos.

Wilhelm Ostwald
Wilhelm Ostwald

En 1884, Ostwald recibió la tesis doctoral de un joven sueco, Svante Arrhenius, que describía las conductividades de los ácidos, las bases y las sales. En su tesis, Arrhenius argumentó que estos compuestos se disociaban en especies cargadas – iones. Ostwald se electrificó con la sugerencia y concluyó que todos los ácidos deben compartir un ión común. Por lo tanto, las diferencias en la fuerza del ácido deben surgir de las diferencias en el grado de disociación – esto condujo a su famosa ley de dilución, que probó, con la típica minuciosidad, en unos 200 compuestos.

Así comenzó una amistad de por vida. Durante una visita a Riga en 1886, Arrhenius trató de comprender el efecto de las sustancias disueltas en el agua midiendo la viscosidad de las soluciones acuosas con un simple dispositivo inventado por Ostwald: un capilar con un par de marcas, coronado por una bombilla. Aspirando la solución, se podía registrar el tiempo necesario para que el menisco de un volumen preciso de solución fluyera entre las dos marcas, lo que se relaciona con la viscosidad. Arrhenius hizo cientos de mediciones y el dispositivo sigue siendo muy utilizado.

Otras contribuciones de Ostwald

La fama de Ostwald creció y se convirtió en profesor en Leipzig, Alemania. Definió la idea de catálisis, acuñó la palabra molar, y contribuyó a la termodinámica, electroquímica y coloides. Tras la invención del proceso Haber-Bosch para el amoníaco, patentó su oxidación catalítica a ácido nítrico. Y junto con van’t Hoff y Arrhenius fundó la revista con la que los tres revolucionarían la química, la Zeitschrift für Physikalische Chemie.

Pero Ostwald no creía en los átomos, y no estaba solo. A principios del siglo XX había muchos científicos de la corriente principal que pensaban poco en la idea. Incluso después de Dalton y, más importante aún, de la alucinante teoría estadística de lo invisible de Boltzmann, que era consistente con todas las mediciones químicas y termodinámicas, hubo muchos que no se tragaron la idea.

Viscosimetro de Ostwald. Se pueden observar las dos marcas de medición
Viscosimetro de Ostwald. Se pueden observar las dos marcas de medición

En su conferencia de Faraday de 1904, Ostwald argumentó ferozmente que los átomos eran una construcción conveniente – un bonito modelo – pero que no tenía relación con la realidad subyacente, que era la energía. Sólo cuando Jean Perrin publicó datos que encajaban con el tratamiento de Einstein de 1905 sobre el movimiento Browniano, Ostwald se vio obligado a capitular. Cuando se retiró en 1906, era el gran anciano de la química física, y pasó el resto de su vida escribiendo sobre filosofía y argumentando en contra de los puntos de vista de la iglesia sobre la ciencia. 

Funcionamiento del viscosímetro de Ostwald

 En uno de los brazos de la U hay una sección vertical de un estrecho y preciso agujero (el capilar). Arriba hay un bulbo, con él hay otro bulbo más abajo en el otro brazo. En el uso, el líquido es atraído hacia el bulbo superior por succión, y luego se deja fluir hacia abajo a través del capilar hacia el bulbo inferior. Dos marcas (una arriba y otra abajo del bulbo superior) indican un volumen conocido. El tiempo que tarda el nivel del líquido en pasar entre estas marcas es proporcional a la viscosidad cinemática. La calibración se puede realizar utilizando un líquido de propiedades conocidas. La mayoría de las unidades comerciales están provistas de un factor de conversión.

Se mide el tiempo necesario para que el líquido de prueba fluya a través de un capilar de un diámetro conocido de un cierto factor entre dos puntos marcados. Multiplicando el tiempo que tarda el factor del viscosímetro, se obtiene la viscosidad cinemática.

Clasificación

Tales viscosímetros pueden clasificarse como de flujo directo o de flujo inverso. Los viscosímetros de flujo inverso tienen el depósito por encima de las marcas, y los de flujo directo son los que tienen el depósito por debajo de las marcas. Estas clasificaciones existen para que se pueda determinar el nivel incluso cuando se miden líquidos opacos o que manchan, de lo contrario el líquido cubrirá las marcas y será imposible medir el tiempo en que el nivel pasa la marca.

Esto también permite que el viscosímetro tenga más de 1 juego de marcas para permitir un cronometraje inmediato del tiempo que tarda en llegar a la 3ª marca, lo que da lugar a 2 cronometrajes y permite el cálculo posterior de la determinabilidad para garantizar resultados precisos. El uso de dos tiempos en un viscosímetro en una sola corrida sólo es posible si la muestra que se mide tiene propiedades newtonianas. De lo contrario, el cambio de la cabeza motriz, que a su vez cambia la velocidad de corte, producirá una viscosidad diferente para los dos bulbos.

Para más información Classic Kit: Ostwald’s viscometer