Viscosidad

TRABAJO PRÁCTICO N° 3:

PROPIEDADES HIDRODINÁMICAS DE MACROMOLÉCULAS EN SOLUCIÓN.
VISCOSIDAD Y DIMENSIONES DE MACROMOLÉCULAS.

OBJETIVO:
Determinar los parámetros: radio efectivo (Re), volumen hidrodinámico (vh), volumen específico parcial anhidro ([pic]) y grado de hidratación ( δ1 ), para un polímero de cadena flexible, el polietilenglicol (PEG).

BREVE FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA:
Entrela variedad de técnicas que proveen información sobre masa molar y forma de macromoléculas en solución, las medidas de viscosidad son frecuentemente usadas debido a lo simple de su equipamiento y la facilidad de sus mediciones.
Si los datos de masa molar aproximada y volumen están disponibles, la viscosidad puede usarse para identificar y caracterizar la conformación de la macromolécula como:globular, forma de barra o cadenas flexibles (ovillos estadísticos).
En este trabajo práctico se les medirá la viscosidad y la densidad a soluciones de distintas concentraciones de PEG (polímero que adopta una conformación de ovillo estadístico) para determinar:
- el volumen específico parcial anhidro o de la partícula “seca” ([pic])
- el volumen hidrodinámico (vh )
- el radio efectivo ( Re)
- el grado de hidratación ( δ1 )

Conceptos previos de viscosidad
La viscosidad es la medida de la resistencia de un fluido a fluir. Considerando una molécula de soluto de mayor tamaño que la molécula de solvente, la resistencia a fluir de la solución aumenta con el tamaño y la concentración del soluto. El cambio de viscosidad entre el solvente y la solución de la macromolécula sedenomina viscosidad relativa (ηr ), siendo:
(1)

donde η es la viscosidad de la solución y ηo la viscosidad del solvente.
El incremento en la viscosidad se conoce como viscosidad específica (ηesp) y se define como:
(2)

Una cantidad relacionada con la ηesp es la viscosidad intrínseca, [η], la cual es independiente de la concentración y se define como:

(3)

donde ν esun factor llamado Simha o de forma, que para ovillos estadísticos puede considerarse aproximadamente igual a 2,5; C2 es la concentración del soluto en la solución y [pic] es el volumen específico parcial de la molécula de soluto en solución. Ya que algo de solvente está invariablemente unido a la macromolécula, [pic] representa el volumen ocupado por cada gramo de la macromolécula hidratada ypuede expresarse en términos del volumen hidrodinámico (vh ) de una partícula individual de soluto, con la siguiente relación:
(4)

donde: NA es número de Avogadro y M2, el peso molecular del soluto.
Reemplazando la expresión (4) en la ec. (3), resulta:

(5)

[η] se determina experimentalmente a partir del valor de la ordenada al origen de un gráfico ηesp/C2 vs.C2. Las unidades de [η] y C2 son usualmente cm3/g y g/cm3 , respectivamente.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA OPERATORIA
Para cumplir con los objetivos de este trabajo práctico, se recurrirá al empleo de dos técnicas diferentes:
1) Densitometría:
Se utilizará un densímetro digital para medir las densidades correspondientes al solvente: agua (ρo) y a las soluciones de PEG (ρ) de diferentesconcentraciones.

2) Viscosimetría:
Para la medición de la viscosidad se empleará un viscosímetro de Ostwald como el que se muestra en la figura. El procedimiento consiste en añadir un líquido por 1 y aplicar una fuerza suctora por 2 (o impulsora por 1) hasta que el líquido supere el enrase A. En ese instante se deja de aplicar la fuerza y el líquido comienza a descender por presión hidrostática.Se toma el tiempo de escurrimiento, es decir aquel en que tarda en descender el menisco del líquido desde A hasta B.
Según la ley de Poiseuille, la viscosidad del fluido dependerá:

donde A es una constante relacionada con la geometría del viscosimétro empleado, ρ es la densidad del líquido y t, su tiempo de escurrimiento. En este práctico se medirán (en un mismo viscosímetro) los tiempos de...