65)Определение плотности и вязкости жидкостей. Виды вязкости

Вязкость (внутреннее трение) – свойство текучих тел оказывать сопротивление передвижению одной их части относительно другой. Текучие тела могут иметь ньютоновский тип течения. Ньютоновскими жидкостями называют системы, вязкость которых не зависит от напряжения сдвига и является постоянной величиной в соответствии с законом Ньютона. # Неньютоновские жидкости не попадают под действие закона Ньютона, так как их вязкость зависит от напряжения сдвига. # Для ньютоновских жидкостей различают динамическую, кинематическую, относительную, удельную, приведенную и характеристическую вязкости. Для неньютоновских жидкостей характерна, главным образом, структурная вязкость. Динамическая вязкость или коэффициент вязкости η – это тангенциальная сила, приходящаяся на единицу поверхности, которая также называется напряжением сдвига t, выраженная в паскалях (Па), которую необходимо приложить для того, чтобы переместить слой жидкости площадью 1 м2 со скоростью (v) 1 метр в секунду (м*с-1), находящийся на расстоянии (х) 1 метр относительно другого слоя, параллельно площади скольжения.

D=dv/dx(градиент скорости) - скорость сдвига D,(с в-1)

η =t(тау)/D-динам. вязк., (Па*с), (мПа*с).

Кинематическая вязкость ν, выраженная в метрах квадратных в секунду (м2*с в-1), рассматривается как отношение величины динамической вязкости η к плотности жидкости p (кг*м3), измеренной при той же температуре:

V(ню)=η/ ρ, (мм2*с в-1)

Структурная (эффективная или кажущаяся) вязкость – вязкость при данном напряжении сдвига. В ряде случаев необходимо определить вязкость одной жидкости относительно другой – относительную вязкость ηотн.

Часто используют удельную вязкость ηуд , показывающую, какой вклад в вязкость раствора вносит присутствие в нем растворенного вещества

ηуд=n-n0/n0=n/n0-1=nотн-1(везде ню)

n-вязк р-ра, n0-вязк р-ля

Удельную вязкость, отнесенную к единице концентрации раствора, называют приведенной вязкостью ηприв

ηприв=nуд/c

где с – концентрация раствора.

Для растворов полимеров вязкость является функцией молекулярных масс,формы, размеров и гибкости макромолекул. Чтобы определить структурные характеристики полимеров, приведенную вязкость экстраполируют к нулевой концентрации. В таком случае вводится понятие характеристической вязкости [η]:

[η]=lim nприв=lim nуд/c (под lim пишем С→0) (ед= обратным ед. конц.)

Для определения вязкости ньютоновских жидкостей можно использовать капилярный вискозиметр; для определения вязкости как ньютоновских, так и неньютоновских жидкостей можно использовать ротационный вискозиметр.

Определение вязкости методом капиллярной вискозиметрии.

Капиллярные вискозиметры обычно используют для измерения вязкости при одном значении скорости сдвига. Поэтому такие вискозиметры применяются в основном для исследования ньютоновских жидкостей. Для измерения кинематической вязкости применяются капиллярные вискозиметры типа Оствальда с различными модификациями.

Определение вязкости проводят, используя подходящий капиллярный искозиметр, при температуре (20+0,1)^оС, если не указана другая температура в частной статье. Время вытекания от одной отметки вискозиметра до другой изм. секундомером с точностью до одной пятой секунды. Полученные данные годятся при условии, что результаты двух последовательных измерений отличаются не более, чем на 1%. Время вытекания испытуемой жидкости определяют как среднее не менее трех измерений. Динамическую вязкость ,выраж. в милипаскальсекундах (мПа * с), вычисляют по формуле: η= kpt, где: k- пост. вискозиметра, в мм.кв. на секунду в квадрате ,p–плотность испытуемой жидк., в мг.на мм. Куб. , полученная умножением относит. плотности на 0,9982; t – время вытекания исп. жидк., в секундах (с). Постоянную k определяют с использованием соотв. фармакопейной жидкости для калибровки вискозиметров. Кинематическую вязкость, выраженную в мм кв.на секунду вычисляют по формуле: v = kt

Определяют время вытекания t_ср исследуемой жидкости. Одновременно измеряют плотность жидкостей, которые изучаются, пикнометром (p_о и p) при той же темп., при кот.определяют вязкость, и вычисляют относительную вязкость по формуле:

Для определения характеристической вязкости готовят не меньше пяти исследуемых растворов разной концентрации.

Определение вязкости методом РОТАЦИОННОЙ ВИСКОЗИМЕТРИИ

Принцип действия чаще всего используемых ротационных вискозиметров лежит в измерении силы сдвига в жидкой среде, расположенной между двумя коаксиальными цилиндрами, один из которых вращается двигателем, а второй приводится во вращение первым. Вязкость (структурная, эффективная или кажущаяся) характеризуется углом (М), на который поворачивается второй цилиндр; этот угол пропорционален моменту силы, выраженному в ньютон-метрах (Н*м) В случае ламинарного потока динамическую вязкость, выраженную в Па*с вычисляют по формуле:

где:h – глубина погружения второго цилинда в жидкую среду, в метрах; A _R – радиус меньшего из цилиндров, в метрах; B _R – радиус большего из цилиндров, в метрах; w – угловая скорость, в радианах в секунду. Постоянная вискозиметра k может быть определена при разных скоростях вращения с исп-ем фармакоп. жидкостей для калибровки вискозиметров. К промышленным вискозиметрам прилагается таблица со значениями постоянных (k) вискозиметров в зависимости от площади поверхности цилиндров и скорости их вращения. При этом вязкость рассчитывается по формуле: η = k *M /w

Методы определения плотности жидкостей с помощью пикнометра и ареометра.Относительная плотность d₂₀²⁰ представляет собой отношение массы опред. объема в ва к массе равного его объема воды при t 20°С.Относительную плотность d₂₀²⁰ определяют с помощью пикнометра, плотномера, гигростатических весов или ареометра с точностью до десятичных знаков, обозначенных в частной статье. Атмосферное давление при взвешивании не учитывают, так как связанная с ним ошибка не превышает единицы в третьем десятичном знаке.

Метод 1. Применяют в случае определения плотности ж-тей с точностью до 0,001. Чистый сухой пикнометр взвешивают с точностью до 0,0002 г, заполняют при помощи сухой воронки водой чуть выше метки, закрывают пробкой и выдерживают на протяжении 20 минут в термостате, в котором поддерживают постоянную t воды 20°С с точностью до 0,1°С. При этой t уровень воды в пикнометре доводят до метки, быстро отбирая избыток воды при помощи пипетки или завернутой в трубку полоски фильтр.бумаги. Пикнометр снова закрывают пробкой и выдерживают в термостате еще 10 минут, проверяя положение мениска по отношению к метке. Затем пикнометр вынимают из термостата, фильтр.бумагой вытирают внутр. пов-ть шейки пикнометра, а также весь пикнометр снаружи, оставляют под стеклом весов на протяжении 10 мин и взвешивают с точностью, указанной выше. Пикнометр освобождают от воды, высушивают, ополаскивая последовательно спиртом и эфиром (сушить пикнометр путем нагревания не допускается), удаляют остаток эфира продуванием воздуха, заполняют пикнометр испытуемой ж-тью и затем проводят те же операции, что и с водой.

где: m - масса пустого пикнометра(г); m₁ - масса пикнометра с водой, (г); m₂ - масса пикнометра с испытуемой ж-тью, (г); 0,99703 - значение плотности воды при 20°С (в г/см3 с учетом плотности воздуха); 0,0012 - плотность воздуха при 20°С и барометрическом давлении 1011 гПА (760 мм рт.ст).

Метод 2. Применяют в случае определения плотности ж-тей с точностью до 0,01. Испытуемую ж-ть пом. в цилиндр и при t ж-ти 20°С осторожно опускают в нее чистый сухой ареометр, шкала которого позволяет определить ожидаемую величину плотности. Ареометр не выпускают из рук пока не станет очевидным, что он плавает; при этом необходимо следить, чтобы ареометр не касался стенок и дна цилиндра. Отсчет плотности проводят через 3-4 минуты после погружения ареометра по делению на шкале, соответствующему нижнему мениску жидкости (при отсчете глаз должен быть на уровне мениска). Определение плотности сильнолетучих в-в ареометром не допускается; в случае определения темноокрашенных ж-тей отсчет производят по верхнему мениску.

Метод опред. плотности тв. жиров и воска

Метод 3. Применяют для определения плотности твердых жиров и воска. Точно взвешивают пустой пикнометр, затем взвешивают тот же пикнометр, заполненный водой, температура которой 20оС. После этого воду удаляют и пикнометр высушивают. В пикнометр вливают при помощи пипетки расплавленый жир или воск в таком количестве, чтобы он занимал 1/3 – 1/2 объема пикнометра. Пикнометр ставят на 1 час без пробки в горячую воду, затем охлаждают до 20оС и взвешивают; доводят до метки водой при 20оС, вытирают насухо и вновь взвешивают.

ρ20= (m2-m)*0,99703/(m1+m2)-(m+m3) +0,0012

m1- масса пустого пикнометра,в г;

m2- масса пикнометра с водой, в г;

m2- масса пикнометра с жиром, в г

m3- масса пикнометра с жиром и водой, в г

0,99703 - значение плотности воды при 20 С (в г/см3 с учетом плотности воздуха);

0,0012 - плотность воздуха при 20оС и барометрическом давлении 1011 гПА (760мм рт.ст).