Relatório 7 - Determinação da Massa Molar de um polímero

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA 
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
FÍSICO-QUÍMICA EXPERIMENTAL I
 
 
 
 
DETERMINAÇÃO DA MASSA MOLAR DE UM POLÍMERO POR VISCOSIMETRIA
 
DISCENTES: Andressa Soares R.A: 112290
Cesar Henrique de Souza R.A.: 109395
Joyce Heloisa Feliciano R.A.: 115175
Júlia Martino Caldato R.A.: 112294
Maria Clara Mazócoli R.A.: 117567 
Roberta Bernardino Ramos do Prado R.A.: 103239
Weslei Carlos Castilho R.A.: 109379
DOCENTE: Prof. Dr. Wilker Caetano
Maringá
2023
RESUMO
A equação de Huggins (1) descreve a relação entre a viscosidade intrínseca e as concentrações das soluções diluídas dos polímeros como: 
(1)
Na equação kH é o coeficiente de Huggins. A equação de Mark-Houwink (2) relaciona a massa molar viscosimétrica média (MV ) e a viscosidade intrínseca de uma solução de polímero:
 (2)
K e α são constantes de um determinado sistema de polímero/solvente/temperatura, normalmente, entre 0,5 < α < 0,8 é encontrado para conformações de cadeias flexíveis e entre 0,8 < α < 1,0 para macromoléculas rígidas(MOREIRA et al., 2004).
Um dos métodos para determinar as constantes K e α da equação de Mark-Houwink é pela correlação dos valores de massa molar ponderal média ( MW ) com as correspondentes medidas de viscosidade intrínseca em um dado solvente a uma temperatura estabelecida, a partir das constantes é possível fazer o cálculo da massa molar média viscosimétrica.
A medida de viscosidade intrínseca de soluções pode ser feita com o viscosímetro de Ubbelohde, também conhecido como viscosímetro de nível suspenso, devido ao líquido extraído no bulbo superior pequeno não estar conectado ao reservatório enquanto flui abaixo do capilar durante a medida, o capilar e o tubo de equalização de pressão ficam suspendidos acima do reservatório, o que assegura que a diferença de pressão existente entre a parte superior do bulbo e a parte inferior do capilar seja devido a pressão hidrostática. Neste viscosímetro compara-se o tempo gasto para que uma solução escorra por um tubo capilar com o tempo gasto por uma solução padrão.
OBJETIVO
Aplicar a equação de Mark-Houwink na determinação da massa molar de poliestireno e determinar, a partir dos resultados experimentais, outras propriedades físico-químicas do polímero.
MATERIAIS E MÉTODOS
· Viscosímetro de Ubbelohde;
· Poliestireno;
· Tolueno;
· Pipetas volumétricas de 2, 5 e 10 mL;
· Pipetador.
Uma solução de amostra de poliestireno de massa molar desconhecida foi preparada adicionando cerca de 0,5 g do polímero em balão volumétrico de 25 mL (a solução foi preparada com 24 horas de antecedência). O balão foi completado com solvente (tolueno) até a marca, agitando vigorosamente. Após o viscosímetro ter sido limpo previamente com solução adequada (solução nitrocrônica), este foi enxaguado exaustivamente com água e seco (feito 24 horas antes), sendo posicionado verticalmente dentro do banho. O tempo médio de escoamento foi determinado a partir de 4 medidas de escoamento do solvente puro e em seguida foi obtido o tempo médio de escoamento de soluções de diferentes concentrações (4 a 5) do polímero neste solvente. O tempo de escoamento da solução inicial (8,00 a 10,00 mL) foi medido por 3 vezes. As demais soluções foram obtidas por adição de solvente diretamente ao próprio viscosímetro, sendo adicionado quantidades conhecidas de solvente de modo que o tempo de escoamento caiu cerca de 15% ou mais do valor anterior, cada solução feita foi bem agitada.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
		
Tabela 1. Monitoramento do tempo com a variação de concentração
	
	C(g/L)
	T(s)
	Solução 1
	20
	117
	Solução 2
	16,13
	109
	Solução 3
	13,51
	108
	Solução 4
	11,62
	99
	Solução 5
	10,20
	98
	Tolueno puro
	- 
	78
Cálculo da Viscosidade Relativa ():
Solução 1: = 1,5
Solução 2: = 1,397
Solução 3: = 1,385
Solução 4: = 1,269
Solução 5: = 1,256
Cálculo da Viscosidade Inerente ():
Solução 1: = 0,02027
Solução 2: = 0,02073
Solução 3: = 0,02410
Solução 4: = 0,02050
Solução 5: = 0,02234
 
Cálculo da Viscosidade Específica (nesp=nrel-1) e Viscosidade Reduzida (nred=)
Com os resultados obtidos, pode-se construir uma curva de viscosidade reduzida e viscosidade inerente, por concentração. Por meio da extrapolação das curvas determinou-se dois valores diferentes para viscosidade intrínseca, pela curva azul obtemos o valor de 0,0238 L.g-1 e pela curva laranja obtemos 0,0242 L.g-1 para viscosidade intrínseca. Por meio das equações, calculou-se também a constante de Huggins, obtendo-se um valor de 0,412, apresentando um erro de 17,6% quando comparado com o valor teórico determinado por Huggins (K1+K2=0,5).
Figura 01 - Gráfico da viscosidade inerente e da viscosidade reduzida em função da concentração.
A viscosidade intrínseca está relacionada com a massa molecular como determinado pela equação de Mark-Houwink. Pelos valores conhecidos de k e a, em que k se relaciona com o enovelamento do polímero e a se relaciona com a interação entre o polímero e o solvente, verificou-se que o polímero estudado possui massa molar de 27.500,98 g mol-1, conforme mostra os cálculos a seguir.
Determinação do volume e raio da molécula de poliestireno.
Para determinar o volume e raio, foi utilizado a massa molar calculada do polímero.
Portanto, o polímero apresentou um volume de 4,9126.10-20ml/mol, e um raio de 2,272 10-7 e uma cadeia com 1,555 1024 A° de comprimento.
CONCLUSÃO
Com o uso do viscosímetro, foi possível determinar a viscosidade do polímero e a sua massa molar. Observou-se que o poliestireno utilizado possuía uma alta massa molar de 27.500,98 g mol-1, com um volume molecular de 4,9126.10-20 L/mol e um raio de 2,16 10-7
BIBLIOGRAFIA
[1] Atkins, P.; Paula, J. Físico-Química. vol. 1; ed.8, 2008.
[2] Atkins, P.; Paula, J. Físico-Química. vol. 2; ed.8, 2008.
[3] Pilling, Sergio. Físico-Química experimental I. Universidade do Vale do Paraíba. Disponível em: <https://www1.univap.br/spilling/FQE1/FQE1_EXP4_ViscosidadeLiquidos.pdf>. Acesso em 14 mar. 2023.
[4] Moreira, J. C., Silva, I. F. da ., Wang, S. H., & Balogh, D. T.. (2004). Determinação das constantes K e alfa da equação de Mark-Houwink de poli(p-acetóxiestireno). Polímeros, 14(Polímeros, 2004 14(2)), 80–82. https://doi.org/10.1590/S0104-14282004000200010