Viscosidade E Concentração

RESUMO

Empregando-se o viscosímetro de Oswald, objetivamos obter a partir dos dados experimentais e das equações regentes - referentes à lei de escoamento viscoso de Newton, à teoria de viscosidade desenvolvida por Poiseville e a equação de Ahrrenius - as viscosidades das soluções e suas respectivas concentrações.

INTRODUÇÃO

A grandeza física relacionada às forças de resistência ao movimento de um fluido é denominada viscosidade. [1] Utilizada largamente como um fator de caracterização dos fluidos (gases, vapores, líquidos, materiais plásticos, ou mesmos grãos de matéria sólida), o conhecimento e o controle dessa propriedade configuram-se como mecanismos fundamentais para a formulação e preparação de emulsões, cremes, géis e soluções em ambientes científicos e tecnológicos.[2]

Em substâncias de constituição molecular simples, e em aplicações típicas, a viscosidade depende da temperatura, mas não depende da velocidade de escoamento. Porém, para fluidos constituídos de moléculas mais complexas, como polímeros e biopolímeros, a viscosidade pode variar em função de outros parâmetros, além da temperatura, tais c omo a pressão e a velocidade de escoamento. [2]

Análoga ao papel do atrito nos sólidos, a viscosidade é a medida da resistência que um fluido oferece a uma força de cisalhamento aplicada. Microscopicamente falando, considera-se o movimento de um fluido para que seja possível a determinação da força de viscosidade. Enquanto as moléculas de um fluido em repouso movem-se em todas as direções com igual probabilidade, as moléculas de um fluido em movimento terão preferência de orientar suas velocidades no sentido do fluxo, com velocidade média de arraste coincidindo com a velocidade do fluido.

Num fluido ideal as moléculas são consideradas esferas rígidas e, por hipótese, não exercem forças umas nas outras exceto nas colisões elásticas. Como conseqüência, deveríamos esperar que uma força de cisalhamento exercida sobre uma camada superficial de fluido, seja para colocá-lo em movimento, seja pela presença de um meio sólido em torno do qual escorre, não pudesse ser transmitida para as suas camadas mais internas.

Entretanto, ao sair de uma camada do fluido que tem certa velocidade de arraste e chegar à outra com velocidade de arraste diferente uma molécula transfere momentum. Essa transferência entre as camadas ocorre devido à colisão da molécula transferida com uma molécula da camada de chegada e sua conseqüente captura por esta camada. Consequentemente, a passagem ao acaso das moléculas entre as camadas do fluido diminui a velocidade média das moléculas da camada que se move mais rapidamente e aumenta a da camada que se move mais lentamente. [1]

Quando um fluido se escoa sobre uma superfície plana fixa, a camada de fluido adjacente à superfície mantém-se imóvel e as camadas seguintes têm velocidades progressivamente maiores. A força de atrito, F, que resiste ao movimento relativo de duas camadas adjacentes quaisquer, é proporcional à área entre elas, A, e o gradiente de velocidade entre as mesmas, distantes de z, igual à dv/dz. [1]

F = η.A. (dv/dz)

A constante de proporcionalidade, η, é chamada de coeficiente de viscosidade. A Equação acima expressa a lei do escoamento viscoso de Newton. [1]

Figura 1 - Regime de Poiseville: A velocidade de escoamento é máxima no centro do tubo, vmáx, como é ilustrada figura à esquerda (seção transversal do tubo), e diminui sistematicamente a partir do eixo à borda do tubo, segundo uma parábola (ilustração à direta). [2]

A viscosidade dos fluidos é usualmente determinada medindo-se o tempo de escoamento de um determinado volume que passa através de um tubo capilar e compara-se ao tempo de escoamento de uma amostra padrão [4].

A teoria sobre viscosidade foi inicialmente desenvolvida pelo fisiologista Jean Leonard Poiseville, podendo resumir os seus resultados com a equação abaixo:

η = pDPtr4

8 Vl

Onde DP representa a diferença de pressão nas extremidades do tubo, r o raio, l o comprimento do tubo, V o volume e t o tempo de escoamento.

A partir de uma substância padrão, o viscosímetro de Ostwald permite uma determinação simples do coeficiente de viscosidade. Neste caso as medidas de viscosidade são feitas por comparação entre o tempo na vazão do fluído de viscosidade conhecida, geralmente água, e o de um fluído de viscosidade desconhecida. [2]

Figura 2- Viscosímetro de Ostwald

O inventor do viscosímetro, cujo nome do aparelho leva o seu nome, Friedrich Wilhelm Ostwald (1853-1932), foi um químico alemão nascido na Letônia, considerado o pai da físico-química. Ganhou o Nobel de química de 1909 graças aos seus trabalhos direcionados ao estudo da catálise e foi um dos últimos cientistas a contestar a teoria atômica.

Figura 3- Friedrich Wilhelm Ostwald

O viscosímetro de Ostwald possui várias aplicações, inclusive na área de saúde. A partir da sua utilização torna-se possível a avaliação e determinação simples do coeficiente de viscosidade da saliva. Consequetemente, alterações na viscosidade da saliva e os seus respectivos efeitos são atestados- como a sensação de boca seca (quando a saliva se encontra muito líquida, impossibilitando a lubrificação das estruturas bucais) ou estagnação de matéria orgânica (quando a saliva está muito viscosa)-, assim como a formulação de tratamentos específicos. [3]