INFORME Determinacion de La Viscosidad y de La Masa Molecular Media de La Pectina Comercial

DETERMINACIÓN DE VISCOSIDAD I

DETERMINACIÓN DE VISCOSIDAD INTRÍNSICA Y MASA

NTRÍNSICA Y MASA

MOLECULAR DE PECTINA COMERCIAL

MOLECULAR DE PECTINA COMERCIAL

II O

OB

BJJE

ET

TIIV

VO

OS

S

-- CoConocnocer loer los funds fundamamententos del usos del uso del viso del viscoscosímeímetro catro capipilar Calar Canon Fenon Fensknske en lae en la determinació

determinación de n de la viscosidad intrínsecala viscosidad intrínseca

--

Estimar el valor de la masa molecular media de cualquier sustancia orgánica,Estimar el valor de la masa molecular media de cualquier sustancia orgánica, basada en el volumen hidrodinámico que puede ocupar una partícula de la basada en el volumen hidrodinámico que puede ocupar una partícula de la misma.

misma.

II

II FU

FUND

NDAM

AMEN

ENTO T

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EÓRI

RICO

CO

La viscosidad y el peso m

La viscosidad y el peso molecular de la pectinaolecular de la pectina

La viscosidad y el peso molecular de la pectina La viscosidad de las soluciones de La viscosidad y el peso molecular de la pectina La viscosidad de las soluciones de  pectina

 pectina de de HM HM es es muy muy dependiente dependiente del del número número de de variables, variables, grado grado dede este

esterifirificacicación, ón, lonlongitgitud ud de de la la molmoléculécula, a, conconcentcentraciración ón de de elecelectroltrolitoitos, s, pH pH yy temperatura.

temperatura. Co

Concncenentratracicionones es didiferferenentes tes de de un un azazúcúcar ar y y didifeferenrentes tes azazúcúcareares s afafectectan an a a lala viscosidad de manera diferente. La viscosidad se incrementa marcadamente a viscosidad de manera diferente. La viscosidad se incrementa marcadamente a medida que la temperatura se acerca a la temperatura de ebullición.

medida que la temperatura se acerca a la temperatura de ebullición.

 l peso molecular de la pectina, relacionado con la longitud de la cadena, es una  l peso molecular de la pectina, relacionado con la longitud de la cadena, es una ca

cararactcterer!s!stitica ca mumuy y imimpoportrtanante te de de la la quque e dedepependnden en la la viviscscososididad ad de de sususs di

disosolulucicionones es y y su su cocompmporortatamimienento to en en la la gegelilifificacacición ón de de lalas s "a"aleleasas. . LaLa determinación cuidadosa del peso molecular es dif!cil, parcialmente debido a la determinación cuidadosa del peso molecular es dif!cil, parcialmente debido a la e#trema $eterogeneidad de las muestras y parcialmente debido a la tendencia de e#trema $eterogeneidad de las muestras y parcialmente debido a la tendencia de las pectinas a agregarse,, aún ba"o condiciones no favorables a la gelación.

las pectinas a agregarse,, aún ba"o condiciones no favorables a la gelación.

Los pesos moleculares de pectinas pueden ser e#presados tanto como el valor del Los pesos moleculares de pectinas pueden ser e#presados tanto como el valor del  peso promedio %M&' como el del número

donde )# es el número de moléculas de peso molecular M# presente %*ic$ards, +-'. /iferentes técnicas e#perimentales dan diferentes pesos moleculares  promedio.

Hace cuarenta a0os los pesos moleculares de pectinas y su distribución fueron estudiados sistem1ticamente por 2&ens et al., %+3-' por viscosimetr!a y determinaron que los pesos moleculares variaban de 4 a 5.

n dispersiones de pectina, una propiedad muy útil de la viscosidad es la resistencia de la pectina soluto a fluir en relación al agua conteniendo un electrolito. l ob"eto del electrolito es la de disminuir la ionización de los grupos carbo#ilos de la pectina. La pectina, entonces pasa a ser un pol!mero neutro %6als y Hermans, +74', en vez de comportarse como un electrolito con gran efecto electroviscoso.

Los viscos!metros operan con muc$os principios b1sicos. Los dise0os capilar y rotacional $an sido los m1s frecuentemente aplicados a la pectina. n la viscosimetr!a capilar, el flu"o se inicia a través de una columna de vidrio vertical capilar a presión y temperatura constante. Los datos son tratados para obtener la viscosidad intr!nseca 89:. La unidad de viscosidad intr!nseca se e#presa como volumen;peso %Carpenter and <esterman, +=7'.

 Huggins %+34' relacionó la viscosidad intr!nseca con la concentración de soluto y por medio de una ecuación derivada, se abordó el estudio de la funcionalidad de la pectina. >midsrod y Hang %+=+' descubrieron un método implicando 89: y fuerza iónica en un test comparativo de la rigidez de las cadenas del polielectrolito en respuesta a la concentración salina de la disolución.

 La viscosidad intr!nseca 89:, se relaciona con el peso molecular a través de la ecuación de Mar?@Hou&in?( %A#elos y B$ibault, ++'

donde M& es el peso molecular promedio %illmeyeer, +-3'. n forma logar!tmica, al representar ln 89: frente a ln M& se obtiene una recta, cuya ordenada en el origen es ln D y la pendiente es el par1metro a. La ecuación es v1lida a alrededor de +7 g;mol %Anger y ert$, +-E'. l e#ponente es variable

entre ,7 para pol!meros enrollados y +,= para moléculas e#tendidas y r!gidas. Los diferentes disolventes, pol!meros y temperaturas afectan al e#ponente a %/aniels et al., +7E, +='.

Aparte de los métodos citados de determinación del peso molecular de pectina por  + difusión de luz %Fordan y rant, +=-' y el viscosimétrico, se usan también ampliamente el método de cromatograf!a de filtración molecular en columna %Gis$man et al., +-' y el de cromatograf!a l!quida de alta resolución %método de control de calidad de pectina de Copen$agen 6ectin,++'. l peso molecular  medio de las pectinas comerciales de manzana es de - %6ilni? y *ombouts +-7'.

a ma!oría de los m"todos empleados para la medición de la viscosidad de los líquidos se basa en las ecuaciones de #oiseuille o de $tokes. a ecuación de #oiseuille para el coeficiente de viscosidad de líquidos es%

donde & es el volumen  del liquido de viscosidad que flu!e en el tiempo t a trav"s de un tubo capilar de radio r ! la longitud  ba'o una presión de # dinas por centímetro cuadrado. $e mide el tiempo de flu'o de los líquidos, ! puesto que las presiones son proporcionales a las densidades de los líquidos, se puede escribir como%

as cantidades t( ! t) se miden mas adecuadamente con un viscosímetro de *st+ald. na cantidad definida de liquido se introduce en el viscosímetro sumergido en un termostato ! luego se hace pasar por succión al bulbo  hasta

que el nivel del liquido este sobre una marca a. $e de'a escurrir el liquido el tiempo necesario para que su nivel descienda hasta una marca b ! se mide con un cronometro. El viscosímetro se limpia, luego se aade el liquido de referencia ! se repite la operación. Con este procedimiento se obtienen t( ! t) ! la viscosidad del líquido se calcula con la ecuación anterior.

Influencia e la !e"#e$a!u$a

El efecto de la temperatura sobre la viscosidad de un líquido es notablemente diferente del efecto sobre un gas/ mientras en este 0ltimo caso el coeficiente aumenta con la temperatura, las viscosidades de los líquidos disminu!en invariablemente de manera marcada al elevarse la temperatura. $e han propuesto numerosas ecuaciones que relacionan viscosidad ! temperatura como por e'emplo%

1onde 2 !  son constantes para el liquido dado/ se deduce que el diagrama de log3 4 frente a (56 seta una línea recta. $e pensó en otro tiempo que la variación de la fluide7 con la temperatura resultaría más fundamental que la del coeficiente de viscosidad/ pero el uso de una e8presión e8ponencial hace que la opción care7ca de importancia.

La e!e$"inaci%n e la &i'c('ia in!$)n'eca * "a'a "(lecula$ "eia

a determinación de la masa molecular media a trav"s de la viscosidad intrínseca, requiere de mucha atención durante el control de la temperatura, limpie7a del viscosímetro, ! sobre todo un riguroso control del tiempo.

1eterminar la viscosidad intrínseca a trav"s del m"todo de 9uggins, donde está relacionada al volumen hidrodinámico de la macromol"cula en una dilución infinita, esto es / el espacio que una macromol"cula ocuparía interaccionando con el solvente.

η 

:ed3dl 5 gr.4

;

η 

=.== =.=>)? =.()? =.)?= =.?== ; < 3g 5 dl4

Finalmente calcular la masa molecular por la relación de @ark-9ou+ink-$aturada.

1onde%

A, a B Constantes

@v B @asa molecular viscosim"trica media

 2 B ( 3si se usa he8ametafosfato de sodio (.=4

A B D. 8 (=-? _{3si se usa he8ametafosfato de sodio (.=4}

a B =. 3si se usa solución de cloruro de sodio =.(@ p9B.=4 A B G.??8(=-D_{dl5g 3para solución de cloruro de sodio =.(@, p9B.=4}

III MATERIALES Y M+TODOS

,. MATERIALES

- &iscosímetro capilar Cannon Fenske - alones de vidrio de ?=ml - 6ermómetro - alan7a analítica - ao maría - &aguetas - &asos de precipitados de ?=ml - Erlenme!ers de )?=ml - Cronómetro - #ignómetros

,/ REACTIVOS

- @uestras de pectina comercial 3soluciones al =.?/ =.)?/ =.()? ! =.=>)? en HaCl =.(@ p9 B .= a )?IC4

- Cloruro de sodio - 2gua destilada

IV PROCEDIMIENTO

( $e preparó previamente las soluciones de cloruro de sodio =.(@ p9 B .= a )?IC, pectina al =.?/ =.)?/ =.()? ! =.=>)?

/

uego se limpió el viscosímetro lavando previamente con agua destilada, luego con alcohol.

,

Colocó en la estufa a fin de evaporar los posibles restos de alcohol , periódicamente pueden acumularse tra7as de materia orgánica ,por lo que debe lavarse cada cierto tiempo con solución de ácido crómico.

0

$e armó el equipo necesario con trípode ! bao @aría a fin de regular  correctamente la temperatura.

1

$e colocó el viscosímetro dentro del bao ! mantenerlo a temperatura constante.

2

uego se colocó apro8imadamente (= ml. 1e solvente en el viscosímetro ! determinar el tiempo de flu'o del mismo, tomando ) veces el tiempo.

 #ara la determinación de la densidad se utili7ó el m"todo del picnómetro, pesando respectivamente este vació, con agua, con el cloruro de sodio ! con las muestras con diferentes concentraciones.

3

J se calculó la viscosidad cinemática , utili7ando para ello el factor de calibración correspondiente a cada viscosímetro , se indica continuación%

Ta4la N5.

V C6LCULOS

 Ya 7ue

à

6amao de viscosímetro B)==

En!(nce'8 'e9:n la !a4la N5.

à

ConstanteB =.( centistokes5s

Pe'an(;

- #eso 3picnómetro vacío4 B (=,DDgr  - #eso 3picnómetroK 9)*4 B )(,=D) gr  - peso del pictometroKsolvente3HaCl4 B )=,?G) gr 

peso del pictometroKpectina3=.=>)?4 B )=,?>gr  - peso del pictometroKpectina3=.()?4 B )=,?G?gr  - peso del pictometroKpectina3=.)?4 B )=,?Lgr  - peso del pictometroKpectina3=.?4 B )=,>((gr 

Tamaño Constantes aproximadas (centistokes/segundos  ) Rango de viscosidad  cinemática (centistokes)

/1

1<

=1

.<<

.1<

/<<

,<<

,1<

0<<

01<

1<<

2<<

21<

=<<

=.==) =.==D =.==L =.=(? =.=? =.(== =.)?= =.?== (.)== ).?== L.=== )=.== D?.== (==.= =.? - ).= =.L - =.D (.L - L.= .= - (? .= - ? )= - == ?= - )?= (== - ?== )D= - ()== ?== - )?== (=== - L=== D=== - )==== G=== - D?=== )==== -(=====

Lue9(;

&olumen 39)*4B #3picnómetroK 9)*4 M #3picnómetro vacío4

&olumen 39)*4B #39)*4B (=.)GL ml

U!ili>an( la' e"?' f%$"ula' #a$a e!e$"ina$ la;

  Densidad

=

 P

(

 pictometro

+

muestra

)

−

 P

(

 pictometro vacio

)

Volumen

(

 H  2_O

)

=

(

 gr ml

)

 Vicosidad cinematica

=

Tiempo x Contante

=(

centistokes

)

 Vicosida d Absoluta

=

v

(

cinematica

)

 x Densidad

=(

cp

)

 Vicosidad Relativa

=

V 

(

absoluta

)

V 

(

 NaCl

)

=(

cp

)

 Vicosidad Especifica

=

v

(

absoluta

)

−

v

(

 NaCl

)

v

(

 NaCl

)

=(

cp

)

 Vicosidad Reducida

=

v

(

especifica

)

concentracion

=(

cp

)

O4!eni@n('e;

CUADRO N5.

VI RESULTADOS

Pa$a e!e$"ina$ la &i'c('ia in!$)n'eca

[

n

]

a !$a&@' el "@!(( e

u99in';

R6FICA N5.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 -2.000 0.000 2.000 4.000 f(x) = 3.26x + 0.2

Viscosidad reducida vs concentración

Linear ()

concentracion (g/dl)

vicosidad Reducida (dl/g)

 X=0

 y = 3,2564x + 0,1973 →

[

n

]

=

0.1973

Pa$a e!e$"ina$ la "a'a "(lecula$ #($ la $elaci%n e Ma$(uin

-Sau$aa

[

n

]

=  ! "v a  "v=

(

n k 

)

1 a  "v

=

(

  0.1973 9.55_!10−4

)

1 0.73  "v

=

1483.892

VII DISCUSIÓN

El tiempo tomado para las soluciones de pectina de =.=>)? ! =.)?, no fueron correctas, alterando las viscosidades de estas, !a que estas deberían resultar una viscosidad ma!or que la solución de HaCl.

En la gráfica HI( se puede observar que los puntos no están correlacionados, obteni"ndose una viscosidad intrínseca de 0.1973 .

J mediante la relación de @ark-9ou+ink M $akurada, se pudo determinar una masa molecular de 1483.892 , que esta mu! le'os del rango de )==== a =====,

además de que el peso molecular medio de las pectinas comerciales de manzana, según 6ilni? y *ombouts, es de -.

 2l no controlar la temperatura, para las posteriores análisis de la pectinas, pudo suceder una aumento de temperatura, disminu!endo la viscosidad en las las soluciones de pectina de =.=>)? ! =.)?.

VIII CONCLUSIÓN

$e debe tomar mucha importancia al control de la temperatura ! sobretodo del tiempo, al momento de determinar el tiempo de flu'o en el viscosímetro.

$e obtuvo una viscosidad intrínseca de 0.1973 .

a masa molecular media de la pectina comercial es de masa molecular de

1483.892

.

I CUESTIONARIO

. C%"( u'a$ la #e$a e 9("aG

a pipeta se une al aparato a trav"s del a'uste de la parte inferior 3N4 Consta de  guías, ! en cada una se encuentra una válvula la que al presionar se abre ! al soltar se cierra.

-

a válvula de la parte superior de la pera permite hacer un vacío ! deformar la pera de goma 324

-

a válvula que se encuentra en la base de la pera, permite comunicar  el vacío a la pipeta ! de esta forma se puede aspira el líquido 3$4

-

a válvula que se encuentra en la ramificación lateral permite la entrada del aire ! la descarga del líquido que sostiene la pipeta 3E4

 BIBLIORAFÍA

-

Fordi 6agan i ilabert. /egradación enzim1tica y caracter!sticas f!sicas y qu!micas de la pectina del bagazo de melocotón. Iniversitat de Lleida. +34 p1ginas.

• 1eterminar la densidad del solvente 3he8ametafosfato de sodio (.= 4. • 1eterminar la viscosidad absoluta del solvente

9acer lo propio con cada una de las soluciones de pectina , determinando la viscosidad absoluta ! posteriormente la viscosidad reducida para cada 1eterminar la viscosidad intrínseca a trav"s del m"todo de 9uggins, donde está relacionada al volumen hidrodinámico de la macromol"cula en una dilución infinita, esto es / el espacio que una macromol"cula ocuparía interaccionando con el solvente.

η  :ed3dl 5 gr.4 ; η  < =.== =.=>)? =.()? =.)?= =.?== ; < 3g 5 dl4

Finalmente calcular la masa molecular por la relación de @ark-9ou+ink-$aturada.

1onde%

A, a B Constantes

@v B @asa molecular viscosim"trica media

 2 B ( 3si se usa he8ametafosfato de sodio (.=4

A B D. 8 (=-? _{3si se usa he8ametafosfato de sodio (.=4}

a B =. 3si se usa solución de cloruro de sodio =.(@ p9B.=4 A B G.??8(=-D_{dl5g 3si se usa solución de cloruro de sodio =.(@}

p9 B.=4

S(luci%n De Pec!ina <<2/1H

uego de haber tomado el tiempo cuatro veces, a la solución a trav"s del viscosímetro, tenemos%

t B segundos t B (),=)

à Vi'c('ia cine"?!ica

 B (),=) 8 =,(== B (,)=) centistokes

#ara hallar la densidad de la solución% &olumen B 3L?,L) M ?,L)4 B ?= ml @asa B 3L?,L) M ?,L)4 B ?=,DD( g

À Den'ia

 B 1 B ?=,DD(g B (,==LL)g5ml   ?= ml

à Vi'c('ia a4'(lu!a 

 (,==LL)g 5ml 8 (,)=) B (,)()>cp

à Vi'c('ia $ela!i&a 

 (,)()>cpB (,(=(

[ ] = K M

v a

  (.=GG)cp

à Vi'c('ia e'#ec)fica

 B (,)()> - (.=GG) B =.(=( (.=GG)

à Vi'c('ia $eucia 

=.(=(B (.>DG>   =.=>)?

S(luci%n De Pec!ina <./1H

uego de haber tomado el tiempo cuatro veces, a la solución a trav"s del viscosímetro, tenemos%

t B segundos t B (.(? s

à Vi'c('ia cine"?!ica

 B (.(? 8 =.(== B (.(?centistokes

#ara hallar la densidad de la solución%

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À Den'ia

 B 1 B ?=,> g B(,==)g5ml ?=,=(? ml

à Vi'c('ia a4'(lu!a

 B (.==) 8 (.(? B (.)DDcp

à Vi'c('ia $ela!i&a

 B (.)DDcp B(,)=DL   (.=GG)cp

à Vi'c('ia e'#ec)fica

 B (.)DD - (.=GG) B =.)=DL (.=GG)

à Vi'c('ia $eucia

 B =.)=DL B (.>LD   =.()?

S(luci%n De Pec!ina </1H

uego de haber tomado el tiempo D veces, a la solución a trav"s del viscosímetro, tenemos%

t B segundos t B (,?

à Vi'c('ia cine"?!ica

 B (,? 8 =.(== B (.? centistokes

#ara hallar la densidad de la solución de he8ametafosfato%

&olumen B 3L?,L) M ?,L)4 B ?= ml @asa B 3L?,GL> M ?,L)4 B ?=,>=D g

À Den'ia 

 1 B ?=,>=D g B (.=()=L g5ml   ?=ml

à Vi'c('ia a4'(lu!a

 B (.=()=L 8 (,?B (.>> cp

à Vi'c('ia $ela!i&a

 B (.>> cp B (.)D cp   (.=GG)cp

à Vi'c('ia e'#ec)fica

 B (.>> - (.=GG) B =.)D)G (.=GG)

à Vi'c('ia $eucia

 B =.)D)G B =,G(>   =.)?=

S(luci%n De Pec!ina <1H

uego de haber tomado el tiempo D veces, a la solución a trav"s del viscosímetro, tenemos%

t B segundos t B )(,)