Universidad Nacional de Salta
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Fisicoqumica III
INFORME DE LABORATORIO DETERMINACIN DE PESO MOLECULAR DE
PECTINA
POR MEDIDAS DE VISCOSIDAD
INTRODUCCINLa viscosidad es una de las propiedades ms
importantes de las soluciones polimricas. La viscosidad depende de
la estructura qumica del polmero, de las interacciones con el
disolvente y del peso molecular.
Normalmente, una molcula de alto peso molecular en un buen
disolvente adquiere un gran volumen hidrodinmico y la viscosidad de
la solucin aumenta.
La viscosimetra de soluciones diluidas est relacionada con la
medida de la habilidad intrnseca de un polmero para incrementar la
viscosidad de un disolvente a una temperatura determinada y es til
para obtener informacin relacionada con el tamao y la forma de las
molculas de polmero en solucin y las interacciones
polmero-disolvente. A medida que aumenta la masa molar del polmero
el aumento de viscosidad de la solucin se hace mas notorio, es
decir que hay una relacin entre la viscosidad de una solucin de un
polmero y el peso molecular del mismo. Para entender esta relacin
debemos tener en cuenta las siguientes definiciones:Viscosidad
especfica esp= (*-)/Viscosidad reducida como [esp / c] =
(*-)/c.
donde * aluden a la solucin, al solvente puro y c es la
concentracin generalmente expresada en g/cm3.En soluciones
macromoleculares la viscosidad reducida suele ser dependiente de la
concentracin por lo que la magnitud de inters es el valor lmite
cuando c tiende a cero denominado viscosidad intrinseca:
[] = lim(esp/c) = lim (*- )/c cuando c tiende a 0.Este valor es
de inters primordial para soluciones de macromolculas y se
determina midiendo (*- )/c a
varias concentraciones bajas y extrapolando a c = 0.
Las medidas de viscosidad especfica de soluciones diluidas de
polmeros se pueden llevar a cabo en una variedad de maneras
incluyendo viscosmetros capilares, donde se registra el tiempo
requerido por los dos fluidos para fluir entre dos marcas en un
capilar. Alternativamente, se pueden usar tambin viscosmetros de
cilindros coaxiales.El peso molecular viscosimtrico se puede
calcular utilizando la ecuacin de Mark- Houwink-Sakurada en la cual
M es el peso molecular viscosimtrico promedio y K y a son
constantes para un sistema dado polmero/disolvente/temperatura. Se
puede calcular el peso molecular si se conocen los valores de K y a
para un conjunto de condiciones particulares. Las constantes en la
ecuacin se pueden determinar para establecer la dependencia entre
la viscosidad intrnseca y el peso molecular promedio en peso (M) de
muestras de calibracin.[]= K Ma
Para polmeros que pueden existir en una variedad de pesos
moleculares esta expresin es de suma importancia ya que proporciona
una relacin simple y de alta exactitud que puede utilizarse para la
determinacin de pesos moleculares slo mediante medidas de
viscosidades.Las constantes K y a se determinan a partir de
muestras homogneas del polmero de inters cuyos pesos moleculares
sean conocidos. Los objetivos de esta prctica son determinar las
viscosidades de las soluciones de pectina a diferentes
concentraciones (teniendo en cuenta que las mismas son dependientes
del nmero de variables, grado de esterificacin, longitud de la
molcula, concentracin de electrolitos, pH y temperatura), y a
partir de ello obtener el peso molecular de pectinas de frutas
ctricas.MATERIALES Y MTODOS:
Materiales
Equipos:
Viscosmetro tipo Ostwald N 100, bao termostticoReactivos:
Pectina: Pectinas de frutas ctricas Sigma (Lot 79F0188, sin
sacarosa u otros azcares, 85% de cido galacturnico, 9,5% de
metoxilo)
Solvente: Agua.
NaCl calidad P.A.
Mtodo Preparacin de las soluciones de pectinasSe disolvi la
cantidad apropiada de pectina en agua, se agreg 1,2 g de NaCl y se
llev a 100 mL en matraz aforado. Con este procedimiento se
prepararon soluciones de pectinas del 0,1% al 0,4% en NaCl 0,2
M.Observacin: El objeto del electrolito (NaCl) es la de disminuir
la ionizacin de los grupos carboxilos de la pectina. La pectina,
entonces pasa a ser un polmero neutro, en vez de comportarse como
un electrolito. Medidas de viscosidadSe colocaron 10 mL de solucin
de pectina en un viscosmetro tipo Ostwald N 100 y se midieron los
tiempos de escurrimientos por triplicado a 25C; enjuagando el
viscosmetro entre cada solucin de pectina de distinta
concentracin.RESULTADOS:Teniendo en cuenta que un fluido
incompresible es aquel fluido que cumple la ley de Newton de la
viscosidad, la cual indica que cuando ste es sometido a un esfuerzo
cortante dicho esfuerzo es directamente proporcional al gradiente
de velocidad de deformacin, siendo la viscosidad la constante de
proporcionalidad. Es decir no hay turbulencia y las lneas de fuerza
son paralelas a la direccin del fluido y adems pasa por un capilar,
en estas condiciones se cumple la ecuacin de Poiseuille:
Donde P es la diferencia de presiones entre los extremos del
capilar, t tiempo de cada del volumen V, r radio del capilar y l
largo del capilar.
Las viscosidades especficas se pueden calcular utilizando la
ecuacin de Poiseuille para el flujo de lquidos a travs de tubos
capilares: = ( g h ( r4 t / 8 V ldonde V es el volumen de lquido de
viscosidad que fluye en un tiempo t a travs de un tubo capilar de
radio r y longitud l bajo una presin P = g h (. esp = (*-)/ =
(t**-t) / t (t*-t)/t (A)ya que * es una muy buena aproximacin para
soluciones diluidas.
Con la expresin (A) se calcularon las viscosidades
especficas.Los datos de concentracin de las soluciones de pectina y
los tiempos de escurrimientos obtenidos se vuelcan en la siguiente
tabla:[g/cm3]t1 (seg)t2(seg)t3(seg)
Leo083,283,0783,15especificareducida(Cm3/g)
Nely080,5480,8681,55
Ramon073,8373,6873,67t1 (seg)t2(seg)t3(seg)t1
(seg)t2(seg)t3(seg)
0,00054289,5888,9189,120,106153530,097880220,10047335195,855221180,590816185,375182
0,001011100,08100,05100,060,203752710,203391870,20351215201,535812201,178901201,297872
0,001505109,46109,19110,160,351636140,348302120,36027989233,645275231,42998239,388633
0,002509123,45122,98122,670,674428070,668053170,66384845268,803534266,262722264,586867
0,003025157,38157,36157,180,892951650,892711090,89054607295,190627295,111104294,395394
0,003514156,3156,63155,871,119992771,124468761,11416041318,723041319,996801317,063293
0,004016178,18175,62174,11,416764631,382041781,36142508352,780036344,133908339,00027
Se grafica esp/c vs c para determinar mediante regresin lineal
[], extrapolando c = 0 (Figura 1).
Grfica experimental de determinacin de intrinseca (obtenida de
mediciones de tiempo de escurrimiento en un viscosmetro de
soluciones de pectina de distintas concentraciones).
La ecuacin de la recta obtenida es y = 45082 x + 160,3Para el
solvente utilizado y el polmero en estudio se determinaron
previamente los valores constantes a 25C de la ecuacin que
relaciona [] con M: K=9,6E-04 cm3/g y a = 1.07. Entonces,
utilizando estos datos se calcul M:[]= K Ma M = ( []/ K )1/a = (
160,3cm3/g / 9,6E-04 cm3/g) 1/1,07= 78687,82 g/molM = 7,6 x 104
g/mol
DISCUSIONES:
La determinacin cuidadosa del peso molecular es difcil debido a
la extrema heterogeneidad de las muestras.
La pectina aislada tiene un peso molecular tpicamente de
60-130,000 g / mol (Chemistry of Pectin and Its
Pharmaceutical Uses: A Review-Pornsak Sriamornsak), variando con
las condiciones de origen y extraccin. El valor obtenido en la
prctica se aproxima al de datos tericos, a pesar de que se tuvo
inconvenientes en la preparacin de las muestras, ya que la pectina
no se disolva fcilmente (necesitaba una agitacin vigorosa).
CONCLUSION:
En este laboratorio se pudo obtener el peso molecular de
pectinas de frutas ctricas mediante medidas de viscosidad. Con ste
mtodo se pueden estimar pesos moleculares de distintas muestras
utilizando pocos materiales y realizando slo medidas de
tiempo.1
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