Densidad y viscosidad de líquidos

La densidad y viscosidad son parámetros importantes al momento de caracterizar una sustancia, en especial si se habla de líquidos.

Las propiedades físicas son parámetros importantes para estudiar las características de la materia. La interrelación entre las propiedades físicas y químicas de la materia permite la explicación a diversos fenómenos y propiedades, así como la aplicación de estas propiedades para el aprovechamiento industrial y científico de las materias primas.

Densidad

La densidad de una sustancia (ρ) se puede definir como la cantidad de masa por unidad de volumen. Esta unidad es una magnitud intensiva (que no depende de la cantidad de materia donde se realiza la medición, sino solo de su composición).

Cada sustancia pura tiene una densidad que es característica de esta, por esa razón, se puede emplear como un parámetro para la caracterización de un compuesto o elemento.

Por la definición de densidad (masa/ volumen), las unidades en las que se reporta la densidad son variadas; kg/m3, g/cm3 o g/mL.

Como otros parámetros físicos, la densidad varía en función de la temperatura, por ejemplo, si un líquido aumenta su temperatura, su volumen también aumenta ligeramente, pero su masa no cambia, por lo tanto, la densidad disminuye. Este efecto es mas apreciable en gases confinados, en líquidos el efecto de la temperatura en la densidad es menos apreciable y depende de otros parámetros como, por ejemplo, la presencia de puentes de hidrogeno. Este fenómeno también se aprecia en sólidos, pero en menor proporción.

Viscosidad

El concepto de viscosidad fue enunciado formalmente por primera vez en la obra de Newton “Philosophiae naturalis principia matemática”, donde afirmó que la resistencia ejercida al flujo es proporcional a la velocidad a la que las partes de un fluido son separadas entre sí, si los demás factores se mantienen constantes.

La definición moderna de viscosidad se puede resumir como “cuando a un fluido se le aplica una fuerza tangencial que produce un flujo en el mismo, se le opone una fuerza proporcional al gradiente en la velocidad de flujo y recibe el nombre de viscosidad”.

La viscosidad es una propiedad fundamental en muchas aplicaciones como en el transporte de fluidos, ingeniería de reacciones, procesos de separación, entre otros.

Materiales

  • Picnómetro de vidrio
  • Probeta de 100 mL
  • 3 pipetas graduadas de 10 mL
  • Erlenmeyer de 250 mL
  • Soporte universal
  • Bureta graduada
  • Pinza para bureta
  • Cronometro
  • Espátula metálica
  • Termómetro

Reactivos

  • Agua destilada
  • Etanol
  • Glicerina
  • Jugo de fruta comercial
  • Leche

Procedimiento

Medición de densidad empleando picnómetro.

Un picnómetro es un instrumento de vidrio de volumen definido compuesto por un cuerpo y un vástago. Los picnómetros generalmente se calibran en fabrica para asegurar un volumen determinado, aunque es aconsejable realizar calibraciones previamente a la medición de la densidad de un líquido con densidad desconocida.

picnómetro
Picnómetro

Inicialmente, se debe preparar el picnómetro lavándolo con agua, posteriormente enjuagándolo con agua destilada y etanol y dejarlo secar en una estufa a temperatura baja o al ambiente en un lugar alejado del polvo.

Pesar el picnómetro vacío y con el vástago puesto, este valor se denominará W1.

Adicionar agua destilada hasta llenar completamente el cuerpo, tapar con el vástago y limpiar el liquido derramado por la punta del vástago con un paño suave.

Pesar nuevamente el picnómetro, este valor será W2.

Registra los valores de masa obtenidos. Repetir el procedimiento con otros liquidos como glicerina, etanol, jugo filtrado de fruta, entre otros. Registrar los valores obtenidos.

Medición de viscosidad

Realizar el montaje que se muestra a continuación con ayuda del soporte universal, pinzas para bureta, bureta y un erlenmeyer

Montaje para la determinación de la viscosidad
Montaje para la determinación de la viscosidad

Llenar la bureta con agua destilada y enrasar a cero. Colocar el erlenmeyer debajo de la bureta. Abrir la llave de paso asegurando un flujo constante pero suficiente para medir el tiempo de flujo.

Cuando el menisco de agua pase la marca de 5 mL, activar el cronometro y registrar el tiempo que tarda el liquido en llegar a la marca de 25 mL. Anotar este valor.

Con ayuda del termómetro, registrar la temperatura del agua en el erlenmeyer. Registrar este valor.

Repetir el mismo procedimiento con los mismos líquidos que se trabajaron en la sección de densidad.

Después del experimento

Calcular la densidad de las sustancias medidas en la practica utilizando la siguiente ecuación

Donde Vp es el volumen del picnómetro empleado en las mediciones.

Consultar en literatura los valores de densidad de las sustancias empleadas en la experiencia y calcular el porcentaje de error en las mediciones realizadas en el laboratorio con ayuda de la siguiente ecuación:

Teniendo en cuenta la temperatura ambiente del laboratorio, consultar la densidad y viscosidad teóricas del agua a dicha temperatura. Para cada uno de los líquidos trabajados en la experiencia, calcular la viscosidad empleando la siguiente ecuación

Donde t es el tiempo medido para cada sustancia y el agua respectivamente, estimado empleando la bureta.

Repetir el calculo de viscosidad de cada sustancia empleando la densidad del agua estimada en el laboratorio y calcular el error entre los valores obtenidos empleando el valor teórico de densidad del agua a la temperatura del laboratorio y los valores empleando el valor experimental determinado.

Consultar las viscosidades de las sustancias empleadas en la experiencia y calcular el porcentaje de error en las mediciones realizadas.

Recomendaciones de seguridad

En todo momento se deben utilizar los elementos de seguridad básicos en el laboratorio de química (bata de laboratorio, guantes, gafas de seguridad y demás que sean exigidos por las normas internas, locales o nacionales. Los residuos generados por la práctica deben ser dispuestos de manera adecuada según las normas de laboratorio y las normas locales y nacionales respectivas.

Mayor información

Liquid viscosity measurement using a buret. An instructional technique*

*J. Chem. Educ.1971, 48, 4, 252

Clasificación

Nivel: Universitario

Tipo: Practica de enseñanza

Riesgo: medio