Viscosidad de Ostwald

Introducción.-

Para hablar primero sobre la viscosidad de Ostwald, tenemos que saber que significa viscosidad y quien fue Ostwald.

La Viscosidad.- Propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza. Los fluidos de alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir; los fluidos de baja viscosidad fluyen con facilidad. La fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido determina su viscosidad, que se mide con un recipiente (viscosímetro) que tiene un orificio de tamaño conocido en el fondo. La velocidad con la que el fluido sale por el orificio es una medida de su viscosidad.

La viscosidad de un fluido disminuye con la reducción de densidad que tiene lugar al aumentar la temperatura. En un fluido menos denso hay menos moléculas por unidad de volumen que puedan transferir impulso desde la capa en movimiento hasta la capa estacionaria. Esto, a su vez, afecta a la velocidad de las distintas capas. El momento se transfiere con más dificultad entre las capas, y la viscosidad disminuye. En algunos líquidos, el aumento de la velocidad molecular compensa la reducción de la densidad. Los aceites de silicona, por ejemplo, cambian muy poco su tendencia a fluir cuando cambia la temperatura, por lo que son muy útiles como lubricantes cuando una máquina está sometida a grandes cambios de temperatura.

El valor que la fuerza de cohesión tiene en los cuerpos en estado liquido es la causa de la resistencia experimental por una porción do un líquido, cuando un cuerpo se encuentra en su superficie. Dicha resistencia puede alcanzar en determinados casos altos valores, siendo esta la causa de la mayor o menor dificultad que hallarnos al pretender desplazar un cuerpo sólido dentro de una masa líquida La magnitud de la resistencia se le denomina rozamiento interno o más simplemente viscosidad.

Los primeros que estudiaron la viscosidad fueron un ingeniero y un médico (Hagen y Poiseullie) correspondiéndoles el mérito de deducir empíricamente sus leyes, las que más larde fueron confirmadas teóricamente por Stokes.

Después de saber que es la viscosidad necesitamos saber quien fue Ostwald.

(Friedrich Wilhelm Ostwald, Riga, Letonia, 1853 - Grossbothen, 1932) Químico y filósofo alemán. Estudió en Dorpat (1872-1875) y ejerció la docencia desde 1877. A partir de 1881 fue profesor en el Politécnico de Riga.

En 1887 obtuvo la cátedra de Fisicoquímica de la Universidad de Leipzig, y ocupó este cargo hasta 1906, cuando se trasladó a Estados Unidos, donde fue durante algún tiempo profesor de la Universidad de Harvard (1905). Posteriormente, abandonó la docencia para dedicarse por completo al estudio y a la investigación.

Sus estudios sobre los principios que rigen los equilibrios químicos y la catálisis le valieron la concesión del premio Nobel de Química en 1909. Al prestigioso químico se debe la formulación de la ley de la dilución (conocida en su honor como Ley de Ostwald), referida a los fenómenos de disociación

en las disoluciones de electrólitros, así como el descubrimiento de un método de preparación del ácido nítrico mediante la oxidación del amoniaco. Con esto el pudo facilitar la producción en masa de fertilizantes y de explosivos por Alemania durante la I Guerra Mundial. Defendió además una nueva teoría sobre los colores, y fundó en 1920 en Dresde un laboratorio especializado en esa materia.

Además de las memorias científicas (reunidas en el volumen Abhandlungen und Vorträge, 1906), expuso los resultados de sus investigaciones en grandes obras sistemáticas, como Lehrbuch der allgemeinen Chemie (1885-1888), Electroquímica, su historia y doctrina (1894-1895), Los fundamentos científicos de la química analítica (1894) y Líneas fundamentales de la química inorgánica (1900). Fundó y dirigió, junto con J. H. Van't Hoff, la revista Zeitschrift für physikalischen Chemie (desde 1887).

En estrecha relación con esta prodigiosa actividad científica, se interesó vivamente por la historia de la ciencia (fundó la colección de los Clásicos de las Ciencias Exactas, en la que se publicaron varias obras importantes de clásicos de la química, entre ellos, Avogadro), por la pintura y por la filosofía de la ciencia y la filosofía de la naturaleza. En este último campo, en el marco de un empirismo radical, o mejor dicho, de "monismo neutro", análogo al de E. Mach, defendió las teorías energéticas surgidas en la Alemania de la segunda mitad del siglo XIX. En 1902 publicó Ensayo sobre la filosofía de la naturaleza, y desde 1901 fundó y dirigió los prestigiosos Annalen der naturphilosophie.

Viscosímetro de Ostwald.-

Después de saber quien fue Ostwald podemos hablar sobre su gran e ingenioso Viscosímetro.-

Es quizás el modelo que más se ha utilizado en la medida de viscosidades absolutas y relativas en líquidos puros y biológicos, en sus mezclas y, especialmente, en fluidos newtonianos. Se basa en la ley de Poisseuille que permite conocer la velocidad de flujo de un líquido a través de un tubo, en función de la diferencia de presiones bajo las que se establece el desplazamiento. La simplificación del tratamiento numérico facilita la expresión que se aplica en la medida experimental.

Mide el tiempo que tarda en descender cada líquido una distancia por un tubo capilar pequeño de cristal a causa de una diferencia de presión desconocida. Análogamente a las densidades, se mide el tiempo para el agua, cuya viscosidad es conocida (varía según la temperatura medida), con lo que a partir de la viscosidad relativa se puede obtener la viscosidad de cada

líquido. Finalmente se comparan los resultados obtenidos para la densidad y para la viscosidad con los valores tabulados en manuales.

El viscosímetro de Ostwald es de vidrio. Posee un ensanchamiento en forma de ampolla provista de sendos enrases, conectado a un tubo capilar vertical que se une a un segundo ensanchamiento destinado a la colocación de la muestra en una primera operación, y del agua o líquido de referencia en otra operación complementaria. Termostático para fijar la temperatura con precisión. Es indispensable la concreción de este valor, porque la magnitud de la viscosidad o de su inverso la fluidez, son altamente dependientes de la temperatura, como fue demostrado por Arrhenius, y anteriormente por el español J. de Guzmán Carrancio (1913).

Este Viscosímetro es muy utilizado en Laboratorio de fisicoquímica, y tenemos el siguiente procedimiento y utilizamos algunas de estas ecuaciones.

PROCEDIMIENTO EN EL LABORATORIOSi se carga un liquido en un tubo capilar de longitud `l”, radio ``r”, y escurre en un tiempo “t”, bajo presión “p”, un volumen “V'', la fórmula que vincula éstos valores según Hagen y Poiseille.

Siendo los volúmenes iguales, se tiene:

Si además las presiones son iguales:

De donde, se puede obtener la relación de la viscosidad relativa del lubricante con respecto al agua.