آزمایش تعیین ویسکوزیته مایعات
مواد و وسائل لازم : الکل %10 ، الکل %20 ، ویسکوزیمتر ، کورنو متر ، پیپت ،
تئوری آزمایش :
ویسکوزیته طبق تعریف عبارت است از مقاومتی که هر سیال در برابر جاری شدن از خود نشان می دهد . بطور کلی در شیمی فیزیک سیالات را که عبارتند از مایعات و گازها به صورت ستون هایی می دانیم که در حال لغزیدن به روی یکدیگرند بنابرین به بیانی دیگر می توان گفت که ویسکوزیته اصطکاک بین لایه های سیال است .حال هر چه این اصطکاک بیشتر باشد عمل جاری شدن سیال سخت تر خواهد شد. ویسکوزیته با دما رابطه دارد. اما اثر دما بر ویسکوزیته مایعات و گازها متفاوت است.
در گازها با افزایش دما ویسکوزیته زیاد می شود علت نیز به این صورت توجیه می شود که در گازها چون بین سطوح سیال پیوند های عرضی وجود ندارد یا اینکه خیلی کم وجود دارد با افزایش دما تعداد مولکولهایی که از یک لایه به لایه دیگر می روند زیاد می شود و همین امر باعث افزایش ویسکوزیته می گردد . اما در مایعت با افزایش دما ویسکوزیته کاهش می یابد.
واحد ویسکوزیته درسیستم CGS برحسب پواز ( 1poise =1 s cm-1dyne=0.1 m-2 N)
بیان می شود . پواز عبارت است از نیرویی که بر حسب دین که باید به واحد سطح ازمایع یا محلول و در امتداد همان سطح وارد می شود تا انکه باعث تولید اختلاف سرعت به میزان 1cm s-1 بین دو سطح موازی از مایع یا محلول به فاصله 1 cm گردد. چنانچه ویسکوزیته یک محلول یا مایع زیاد باشد آنرا ویسکوز می نامند که در این حالت جریان مایع به کندی صورت می گیرد.
ساده ترین را ه برای اندازه گیری ویسکوزیته ، عبارت است از جاری ساختن مایعات درون یک لوله و اندازه گیری زمان عبور حجم معین از مایع مورد نظر می شود.
برای تعیین ویسکوزیته یک مایع از فرمول زیر استفاده می شود:
h = p pt r 4 / ( 8vl )
که در این رابطه که در ویسکوزیته مایعات حائز اهمیت است حجم جریان مایع با ویسکوزیته h را از لوله ای به طول L و شعاع R و تحت فشار رانش P و در مدت زمان t به ما می دهد.مطلبی که باید در اینجا به آن اشاره شود این است که همیشه معادلات پوازی در مورد بخش پارابولیک سرعت در داخل لوله و حجم جریان صادق نخواهد بود.و اعتبار این معادله در فاصله محدود می باشد ، هنگامی که در این رابطه برقرار باشد جریان آرام محسوب می شود. این نوع جریان غالبا در لوله هایی با قطر کو سرعت جریان اندک صورت می گیرد و اغتشاشی در حرکات ذرات مشاهده نمی شود. زیرا مؤلفه های سرعت بصورت خطی می باشند و در صورتی که معادلات فوق صادق نباشند جریان مغشوش نامیده می شود.و این نوع جریان در لوله هایی با قطر زیاد و سرعت جریان بالا صورت می گیرد . زیرا مؤلفه های سرعتی جهت معلوم و مشخصی ندارند و ذرات مایع هنگام جریان در اطراف مسیر های معین به صورت گرداب مانند چرخیده و حرکت می کند و در اینجا معادله پخش سرعت از
حالت سهمی گون خارج شده و منجر به معادلات تجربی می گردد که با اشکالات فراوان بدست می آید. برای اینکه در یابیم چه هنگامی جریان آرام و چه هنگامی جریا ن مغشوش است عدد تجربی و بدون دیمانسیون بنام رینولد معرفی می گردد :
Reynold number = d . u . L / h
در این رابطه h ویسکوزیته مایع و d قطر لوله و L طول لوله و u سرعت جریان است. برای جریان آرام عدد رینولدز از 2000 کوچکتر است و برای جریان مغشوش این عدد از 4000 بزرگتر است وبین این دو عدد، نوع جریان به آسانی قابل تشخیص نیست.
ویسکوزیته نسبی :
اندازه گیری دقیق ویسکوزیته از نظر علمی کار مشکلی است . به خاطر این مسئله ویسکوزیته را به صورت نسبی انجام میدهند و مایعی به عنوان مایع مرجع انتخاب شده که ویسکوزیته آن در درجه حرارت های مختلف بطور دقیق اندازه گیری شده و مایعات دیگر نسبت به آن مورد سنجش قرار می گیرند این مایع مرجع همان آب مقطر است . عمل سنجش نسبی ویسکوزیته در دستگاهی بنام ویسکومتر استوالد انجام می گیرد این دستگاه از یک لوله U شکل تشکیل شده است که شامل یک لوله موئین است. مدت زمانی که حجم معینی از مایع با ویسکوزیته h لازم دارد تا از داخل لوله موئین بگذرد سنجیده می شود (زمان t1) و همین عمل با مایع 2 ویسکوزیته h2 انجام می شود . در این حالت زمان t2 بدست می آید و با توجه به آنکه مشخصات لوله موئین تغییر نکرده است می توان نوشت :
h=p p1 R 4 t1 / ( 8v L ) , h= p p 2 R 4 t2 / (8 v L )
نظر به آنکه p1 فشار رانش مایع ( 1 ) متناسب با دانسیته مایع (1 ) است و فشار رانش مایع ( 2 ) متناسب با دانسیته مایع ( 2 ) است از تقسیم دو رابطه داریم :
h1 / h2 = d1 t1 / d 2 t 2
اگر یکی از دو مایع آب مقطر باشد ویسکوزیته بقیه را می توان نسبت به آن سنجید.
ویسکوزیته در سرعت های کم برای مایعات معمولی به سرعت بستگی نخواهد داشت بلکه به نوع مایع ، فشار و دما بستگی دارد. ویسکوزیته مایعات معمولی خیلی کمتر از یک پواز است مثلا ویسکوزیته آب در 25 درجه سانتیگراد مساوی 00894/0 و روغن زیتون در 10 درجه برابر 38/ 1 پواز است .
در برخی از موارد ، به خصوص برای محلولهای غلیظ ، روش سقوط گلوله برای تعیین ویسکوزیته مناسبتر است .دراین روش از زمان لازم برای طی مسافتی معین از در یک لوله شیشه ای توسط یک گلوله کوچک با چگالی معین استفاده می شود.
شرح آزمایش :
ابتدا مقار 10 سی سی از Hcl M 02/0 را داخل سیستم می ریزیم و آن را می شوییم . سپس 10 سی سی آب مقطر خالص را در داخل سیستم ریخته تا یونهای آن شسته شود در آخر با 10 سی سی استون ویسکومتر را خشک کی کنیم .در این حالت ابتدا باید ویسکوزیته آب مقطر را به عنوان ویسکوزیته مرجع اندازه گیری می کنیم . برای این کار 10 سی سی از آب مقطر را از دهانه ( 1 ) داخل سیستم ریخته و سپس از دهانه ( 2 ) یک مکش انجام می دهیم تا آب مقطر بین نقاط A , B قرار گیرد در این حالت باید دست خود را محکم روی دهانه (2 ) قرار دهیم. همزمان با برداشتن دست از دهانه ( 2 ) کرنومتر را در نقطه A می زنیم و با عبور آب مقطر از نقطه B کرنومتر را متوقف کرده و زمان بدست آمده برای آب مقطر را تحت عنوان زمان مرجع یادداشت می کنیم ، آزمایش را برای دو نوع الکل دیگر نیز تکرا ر می کنیم.
شکل آزمایش :
