NTRODUCCIÓN 

Las soluciones de polímeros son, mezclas líquidas de largas cadenas de polímeros y pequeñas moléculas de disolvente. Ellas cumplen un papel muy importante en el campo del estudio y la aplicación de polímeros desde dos puntos de vista; en primer lugar las soluciones poliméricas se utilizan para caracterizar la estructura de múltiples polímeros mediante técnicas como viscosimetría, cromatografía de exclusión molecular (GPC) y dispersión de luz, entre otras. En segundo lugar, los polímeros en solución son utilizados para controlar las propiedades reológicas y la estabilidad de múltiples sistemas comerciales. Las propiedades de los polímeros en solución están determinadas por las características estructurales de la cadena macromolecular solvatada. La estructura depende de la naturaleza de la unidad repetitiva y, en el caso de co-polímeros, de la composición y la distribución de los monómeros en la cadena. La viscosidad es una de las propiedades más importantes de las soluciones de polímeros. La viscosidad depende de la estructura química del polímero, de las interacciones con el disolvente y del peso molecular. Normalmente, una molécula de alto peso molecular en un buen disolvente adquiere un gran volumen hidrodinámico y la viscosidad de la solución aumenta. La viscosimetría de soluciones diluidas está relacionada con la medida de la habilidad intrínseca de un polímero para incrementar la viscosidad de un disolvente a una temperatura determinada y es útil para obtener información relacionada con el tamaño y la forma de las moléculas de polímero en solución. En el tratamiento diluido la viscosidad de una solución polimérica (para concentraciones de polímero muy bajas) es determinada relativa a la viscosidad del disolvente. Los siguientes términos son definidos en estos casos: 

Viscosidad relativa Viscosidad especifica Viscosidad Reducida Viscosidad Intrínseca donde es la viscosidad de la solución de polímero y o es la viscosidad del solvente puro. La viscosidad intrínseca es una medida de la habilidad de una molécula de polímero para aumentar la viscosidad de un disolvente en ausencia de interacciones intermoleculares. La ecuación más común para evaluar la viscosidad intrínseca es la ecuación de Huggins (1). La relación entre la viscosidad intrínseca y el peso molecular M del polímero, esta dada por la ecuación de Mark-Houwnik-Sakurada (2). 

(1) (2) 

con KH como la constante de Huggins K y a son constantes conocidas y Mv es el Peso molecular viscosimétrico promedio Objetivos 

Determinar el peso molecular viscosimétrico de una macromolécula (poliestireno), a partir

de mediciones de viscosidad de soluciones de diferente concentración utilizando el viscosímetro de Ostwald. 

Determinar el peso molecular de una macromolécula por esta metodología. 

MATERIALES 

- Picnómetro - Cronómetro - Matraz aforado de 25,00 [ml] - Matraz aforado de 50,00 [ml] - Viscosímetro de Ostwald - Propipeta 

REACTIVOS 

- Acetona - Tolueno - Agua destilada - Poliestireno a diferentes concentraciones 

Procedimiento experimental: 

• Se monto el viscosímetro en un soporte universal para luego ambientarlo con 10ml de tolueno ayudándose con una pro pipeta. 

• Luego de ambientar el viscosimetro se procedió a medir los tiempos de escurrimiento del tolueno repitiendo el procedimiento 3 veces. 

• Se repite el procedimiento de medición de tiempos de escurrimiento para las soluciones (1,½, ¼ ,1/8 ) de poliestireno. 

• Posterior al uso del viscosimetro se procedió a calcular las densidades de las soluciones de poliestireno (1, ½, ¼ ,1/8 ) y tolueno, mediante el uso de un picnometro de 25mL. Para así obtener las viscosidades que se necesitan para calcular el peso molecular del poliestireno mediante el uso de la ecuación de Mark-Houwink-Sakurada. 

. 

Resultados 

A continuación se presentan los datos y cálculos necesarios para obtener el peso molecular del poliestireno. 

Tabla nº1: Datos obtenidos para calcular la masa del poliestireno. 

C Dilución ρsol tSol ηr ηSp

Tolueno puro Tolueno puro 0,8710 31 1,0000 ------- -------- 1 1 0,8681 124 3,98668 2,98668 2,98668 0,5 0,8656 67 2,14789 1,14789 2,29578 0,25 0,8678 45 1,44628 0,44628 1,78512 0,125 0,8670 37 1,18807 0,18807 1,50456 

En la tabla nº1 se presentan los cálculos de forma abreviada de la concentración, densidad, viscosidad relativa, viscosidad específica, etc. Estos datos son necesarios para el cálculo del peso molecular usando la ecuación de Mark Houwink-Sakurada. 

Se puede observar, como es de esperar, que los tiempos de escurrimiento del Tolueno son cada vez más rápido cuando la concentración se hace más diluida. 

Cabe notar que no se establece una diferencia notable en las densidades a distintas concentraciones del Tolueno, esto de le puede atribuir a que la densidad del Tolueno es pequeña por lo que las diferencias de la misma en las distintas concentraciones también lo serán. Otra causa de que no haya una aumento o disminución progresiva de las densidades es porque en el laboratorio no se ambientaban los instrumentos al medir con las distintas concentraciones del Tolueno, por lo que se terminaban mezclando las concentraciones. 

Ejemplos de los cálculos expuestos en la tabla nº1 

Calcular viscosidad relativa para la concentración Tolueno de 1 g/dL 

ηr = (ρ t) / (ρ0 t0) = (0,8681g/mL x 124 s) / (0,8710 g/mL x 31 s) = 3,98668 

Donde al reemplazar los valores en la formula se obtiene: ρ: densidad poliestireno a concentración 1 g/dL t: tiempo poliestireno a la misma concentración ρ0: densidad tolueno (siempre fijo para los cálculos) t0: tiempo tolueno (siempre fijo para los cálculos) ηr: viscocidad relativa 

De la misma manera se obtienen los valores de viscosidad relativa para las otras concentraciones del Tolueno. 

Calcular viscosidad especifica para el Tolueno 1 g/dL 

ηsp: viscosidad especifica ηr: viscocidad relativa 

ηsp = 3,98668 – 1 = 2,98668 

Y así sucesivamente se calculan los valores de viscosidad específica para las demás concentraciones. 

Calcular la viscosidad reducida para el Tolueno 1 g/dL 

ηreducida: viscocidad reducida ηsp: viscocidad especifica C: concentracion 

ηred = (2,98668/1 g/dL) = 2,98668 dL/g 

Y de esta misma manera se obtienen los demás resultados de viscosidad reducida. 

Gráfico nº1: nos muestra como varía la viscosidad reducida cuando varía la concentración del Tolueno. 

En el gráfico nº1 se observa claramente la tendencia lineal que sigue la viscosidad reducida cuando varía la concentración, quedando confirmado mediante el mismo gráfico que la viscosidad es proporcional a la concentración. 

Podemos agregar también que la tendencia lineal en el gráfico nº1 es muy buena ya que el coeficiente de correlación (R) tiene un valor de 0,9936, el cual es muy cercano a 1, por lo que nos indica que los datos obtenidos y el ajuste lineal son correctos. 

La viscosidad intrínseca se obtiene [η] en el punto en que la recta cruza al eje Y, es decir, en el intercepto. Por lo cual, del gráfico anterior se obtiene como intercepto 1,35967 = [η] = (dL/g) 

Mediante la viscosidad intrínseca [η] obtenida anteriormente y haciendo uso de la ecuación de Mark-Houwink-Sakurada se puede obtener el peso molecular del poliestireno. 

[η] = K * Ma (el peso molecular es adimencional) 

Donde: 

K = Constantes de Mark-Houwink 4,95x10-5 g/dL a = Constantes de Mark-Houwink 0,820 

[η] = K * Ma /log 

Log [η] = log K + a log M 

Log [1,35967] = log 4,95x10-5 + 0,820 log M 

Por lo tanto, el peso molecular resultante es (M) = 258943,6491 

Tabla nº2: Datos comparativos del peso molecular del poliestireno. 

Peso molecular (g/mol) Datos bibliográficos Dato experimental Poliestireno 100.000 - 400.000 258.943 

Se observa en la tabla nº2 que el peso molecular obtenido en la práctica del laboratorio para el poliestireno (258.943,6) está dentro de los valores obtenidos de la bibliografía (100.000 – 400.000) por lo que podríamos decir que fue efectivo el cálculo del peso molecular mediante la técnica de viscosimetría. 

Gráfico nº2: nos muestra como se relaciona el log (viscosidad relativa/C) con la variación de la concentración. 

Del gráfico nº2 se aprecia un drástico incremento de los valores de ln (ηr/C) con la disminución de la concentración del tolueno. 

CONCLUSIÓN 

Después de realizar el trabajo práctico, se puede concluir lo siguiente: 

Con el viscosímetro de Ostwald se pueden determinar adecuadamente los tiempos en los que el liquido va a pasar de un punto A a un punto B. 

Se logró determinar el peso molecular viscosimetrito de una molécula de polímero – poliestireno - (PM = 258.943 adimensional) mediante la utilización de un viscosímetro de Ostwald, el cual se utilizó midiendo los tiempos de escurrimiento de soluciones de

poliestireno a distintas concentraciones. 

Se pudo comprender como diversos factores, tales como: la concentración, el peso molecular y la temperatura, afectan considerablemente el valor de la viscosidad de una solución, en este caso de polímero. 

Las viscosidades de los líquidos se pueden calcular a partir de las densidades que se calculan para cada temperatura 

Los líquidos con viscosidades bajas fluyen fácilmente y cuando la viscosidad es elevada el líquido no fluye con mucha facilidad. 

La viscosidad y la densidad de las soluciones que se estudian van a depender de las concentraciones que tengan dichas soluciones 

BIBLIOGRAFÍA 

(1) The Polymer Handbook. J. Brandrup y E.H. Immergut, 3a Edición. 1989. John Wiley and Sons. 

(2) WWW.es.wikipedia.org/wiki/Poliestireno 

Laboratorio Nº 5 

DETERMINACIÓN DEL PESO MOLECULAR DE UNA MACROMOLÉCULA POR VISCOSIMETRÍA