Kann man Viskositäten irgendwie abschätzen?

Wissenschaft Biologie
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Hallo allerseits!

Während des Philosophierens in der Mittagspause kam bei uns gerade die Frage auf, wovon die Viskosität eines Stoffes abhängt.
Obwohl wir alle chemisch nicht ganz unbeleckt sind, ist uns erschreckend wenig dazu eingefallen.

Dass die Viskosität stark von der Temperatur und zuweilen auch von der Scherung abhängt war uns noch klar, aber wie schaut es mit dem Einfluss des Stoffes selbst aus? Was für Gesetzmäßigkeiten gibt es da?

Z.B ist die Anzahl der OH-Gruppen schon mal einflußverdächtig, da sich Ethanol und Ethylenglykol oder Propanol und Glycerin ja stark in der Viskosität unterscheiden.
Auch lässt sich an der Kettenlänge organischer Substanzen schon ganz grob abschätzen, ob es sich um eine niedrig- oder hochviskose Flüssigkeit handelt.

Aber gibt es darüberhinaus noch Anhaltspunkte, die man als Schätzeisen für die zu erwartende Viskosität einer unbekannten Substanz verwenden könnte?

Gruß

Stefan

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Hallo Stefan,:

Während des Philosophierens in der Mittagspause kam bei uns
gerade die Frage auf, wovon die Viskosität eines Stoffes
abhängt.

Reine Stoffe oder Lösungen?!

Obwohl wir alle chemisch nicht ganz unbeleckt sind, ist uns
erschreckend wenig dazu eingefallen.

Hähä, wenn Du Dich ein wenig damit beschäftigst, sieht die Sache plötzlich ganz anders aus ;- )

Dass die Viskosität stark von der Temperatur und zuweilen auch
von der Scherung abhängt war uns noch klar, aber wie schaut es
mit dem Einfluss des Stoffes selbst aus? Was für
Gesetzmäßigkeiten gibt es da?

Die Visk. hängt nicht immer von der Temperatur ab, es gibt Substanzen bzw. Mischungen, bei denen die Visk. unabhängig von der Temp sind, es gibt sogar Fälle, bei denen die Visk. mit der Temp. steigt.

Z.B ist die Anzahl der OH-Gruppen schon mal einflußverdächtig,
da sich Ethanol und Ethylenglykol oder Propanol und Glycerin
ja stark in der Viskosität unterscheiden.

In solchen Fällen spielen intermolekulare Kräfte eine Rolle (Diopl-Dipol-Wechselwirkungen). Die Extremvariante liegt in Salzen vor (Ionenbindung).

Auch lässt sich an der Kettenlänge organischer Substanzen
schon ganz grob abschätzen, ob es sich um eine niedrig- oder
hochviskose Flüssigkeit handelt.

Normalerweise gilt hier, daß verzweigte Ketten eine niedrigere Viskosität erbringen.

Aber gibt es darüberhinaus noch Anhaltspunkte, die man als
Schätzeisen für die zu erwartende Viskosität einer unbekannten
Substanz verwenden könnte?

Wenn Du was findest, laß es mich bitte wissen!
Bittebitte!

Gandalf

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Hallo Gandalf!

Reine Stoffe oder Lösungen?!

Wir wollen es ja nicht noch komplizierter machen, als es eh schon ist - reine organische Soffe reichen vollauf.

Hähä, wenn Du Dich ein wenig damit beschäftigst, sieht die
Sache plötzlich ganz anders aus ;- )

Das ist wohl wahr. Leider fehlen mir die experimentellen Möglichkeiten, als auch ein geeigneter Literaturansatz.

Z.B. findet man ja reichlich Anleitungen, die Basizität oder das Oxidations- bzw. Reduktionsvermögen organischer chemikalien abzuschätzen.
Zur Abschätzung der Viskosität habe ich da noch nix gefunden. Muss wohl daran liegen, dass man die Viskosität a) halbwegs einfach messen kann und b) nicht zur Vorhersage organscher Reaktionen heranziehen kann.

Die Visk. hängt nicht immer von der Temperatur ab, es gibt
Substanzen bzw. Mischungen, bei denen die Visk. unabhängig von
der Temp sind, es gibt sogar Fälle, bei denen die Visk. mit
der Temp. steigt.

Aha? Das stellt jetzt mein Bild von Flüssigkeiten doch etwas auf den Kopf. Ich dachte nur Gase werden bei Erwärmung viskoser. Hast du da mal ein konkretes Beispiel für eine (reversible) Viskositätserhöhung bei Temperaturerhöhung?

In solchen Fällen spielen intermolekulare Kräfte eine Rolle
(Diopl-Dipol-Wechselwirkungen). Die Extremvariante liegt in
Salzen vor (Ionenbindung).

Wobei das ja eigenartig ist, dass Salzlösungen, oder auch Lösungen ionischer Tenside eher niedrigviskos sind.

Aber gibt es darüberhinaus noch Anhaltspunkte, die man als
Schätzeisen für die zu erwartende Viskosität einer unbekannten
Substanz verwenden könnte?

Wenn Du was findest, laß es mich bitte wissen!
Bittebitte!

Werde ich machen, obwohl mich diese Bitte aus deinem Mund ja schon fast entmutigt.

Gruß

Stefan

4

Hi Stefan,

Zur Abschätzung der Viskosität habe ich da noch nix gefunden.

es ist auch nicht trivial! Eine auch nur halbwegs ordentliche Abschätzung ist mir bisher auch noch nicht über den Weg gelaufen.

Aha? Das stellt jetzt mein Bild von Flüssigkeiten doch etwas
auf den Kopf. Ich dachte nur Gase werden bei Erwärmung
viskoser. Hast du da mal ein konkretes Beispiel für eine
(reversible) Viskositätserhöhung bei Temperaturerhöhung?

Es gibt bestimmte Polymere. Genaue Details möchte ich nicht verraten, nur soviel, daß sie im Bereich Motorenschmierstoffe verwendet werden.

Wobei das ja eigenartig ist, dass Salzlösungen, oder auch
Lösungen ionischer Tenside eher niedrigviskos sind.

das schon, aber wenn Elektrolyte gelöst sind, werden die Ladungen durch die Wassermolekeln gegeneinander abgeschirmt bzw. voneinander entfernt gehalten.

Gandalf

5

Hi Gandalf!

Zur Abschätzung der Viskosität habe ich da noch nix gefunden.

es ist auch nicht trivial!

Naja, das ist nicht schön, aber wenigstens eine Erklärung dafür, warum uns zu dem Thema so wenig eingefallen ist. :wink:

(reversible) Viskositätserhöhung bei Temperaturerhöhung?

Es gibt bestimmte Polymere. Genaue Details möchte ich nicht
verraten, nur soviel, daß sie im Bereich Motorenschmierstoffe
verwendet werden.

Diese Schmieröladditive sind mir grundlegend bekannt. Ich dachte aber bisher, dass die Wirkung nur in Lösung eintritt, und dass die „Verdünnung“ des Öls bei Erwärmung nur verringert werden könnte. Wäre es denn wirklich möglich einen Schmierstoff herzustellen, der seine Viskosität bei Erwärmung tatsächlich erhöht?
Zumindest schreiben die Motorenölanbieter auf ihren Webseiten, dass es nicht einmal möglich wäre, ein Motorenöl herzustellen, dass eine über den Betriebstemperaturbereich konstante Viskosität aufweisen würde.

Wobei das ja eigenartig ist, dass Salzlösungen, oder auch
Lösungen ionischer Tenside eher niedrigviskos sind.

das schon, aber wenn Elektrolyte gelöst sind, werden die
Ladungen durch die Wassermolekeln gegeneinander abgeschirmt
bzw. voneinander entfernt gehalten.

Also könnte man als Fazit ganz grob festhalten, dass allgemein schwache Dipol-Wechselwirkungen (bei starken Dipolen gäb’s sonst eine Hydrathülle oder einen Kristall) und bei ausreichend großen Molekülen auch Van-der-Waals-Kräfte Ursache für die Viskosität sind, oder?

Gruß

Stefan

6

Hallo Stefan,

Gandalf hat völlig Recht, deshalb von mir nur eine kleine Ergänzung:

Auch lässt sich an der Kettenlänge organischer Substanzen schon ganz grob abschätzen, ob es sich um eine niedrig- oder hochviskose Flüssigkeit handelt.

das lässt m.E. eher grobe Rückschlüsse auf den Aggregatzustand zu.

Ein Beispiel ist Biodiesel aus Rapsöl. Beim Triglyzerid Rapsöl werden die drei Fettsäurestränge vom Glyzerinteil „verklammert“. Kommen solche Triglyzeride mit ihren Fettsäuresträngen aneinander oder gar ineinander, sind sie nur schwer zu trennen und somit wenig gegeneinander verschiebbar. Also hochviskos und daher schlecht für moderne Einspritzsysteme.
Um nun aus Rapsöl Biodiesel zu gewinnen, wird vom Triglyzerid der Glyzerinteil chemisch entfernt und damit die Klammerung aufgehoben. Am Fettsäurestrang (vom Kopf abgesehen) ändert sich nichts, auch nicht die Kettenlänge. Auch Doppelbindungen ändern sich weder in der Lage noch in ihrer Anzahl. Die Fettsäurestränge verhaken sich nun praktisch nicht mehr und sind jetzt leicht gegeneinander verschiebbar. Also niedrigviskos und daher gut für moderne Einspritzsysteme.

Gruß
Pat

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Hallo Pat,

Ein Beispiel ist Biodiesel aus Rapsöl.

hm, m.E. ist dieses Beispiel nicht so gut, denn nach dem umestern ist die Molmasse der Reaktionsprodukte nur noch etwa ein Drittel der Ausagngsprodukte.

Gandalf

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Hallo Gandalf,

Ein Beispiel ist Biodiesel aus Rapsöl.

hm, m.E. ist dieses Beispiel nicht so gut, denn nach dem
umestern ist die Molmasse der Reaktionsprodukte nur noch etwa
ein Drittel der Ausagngsprodukte.

mir kam es in meiner Ergänzung vor allem auf die von Stefan erwähnte Kettenlänge an, aber der Gedanke, die Molmasse zur Abschätzung der Viskosität ins Spiel zu bringen, ist nicht ohne Reiz.

Früher hatte ich (als Nicht-Chemiker) oft mit der Suche nach der Viskosität mir unbekannter Flüssigkeiten zu tun und bin mit dem Versuch, eine allgemeine Bestimmungsmöglichkeit zu finden, regelmäßig gescheitert.

Also hab ich hoffnungsvoll in meinen alten Unterlagen gestöbert. Da hab ich dann die Viskosität des schon erwähnten Glyzerins mit der anderer Flüssigkeiten ähnlicher Molmasse verglichen. Das Ergebnis war leider eher niederschmetternd.

Schade, aber der „Ausflug“ in die alten Unterlagen hat mal wieder gut getan. :wink:

Gruß
Pat