Traducido por Luis Cebollada.
Exploramos los colores de la química con un smartphone
Si disolvemos cobre en un ácido nítrico acuoso la disolución se vuelve azul. Cuanto más cobre haya más intenso será el color. Pero, ¿cómo podemos saber exactamente cuánto cobre hay disuelto analizando el color?
Sabemos que cuando disolvemos un sirope en agua, el color se aclara. Sucede porque la absorción de la luz, que es la responsable del color, es proporcional a la concentración del colorante disuelto (de acuerdo con la ley de Beer-Lambert). En esta actividad, estudiantes de 13 a 18 años comprueban esta ley usando aplicaciones de móvil que caracterizan los colores.
Esta actividad está planteada para química, pero puede ser adaptada a matemáticas. Los alumnos tienen la oportunidad de practicar el método científico. Tienen que contestar una pregunta –cuánto cobre hay disuelto. Tienen que elegir el método antes de medir, recoger datos, organizarlos en una tabla y hacer una gráfica para estimar el contenido de cobre en la disolución.
Sugerimos cuatro posibles protocolos:
El profesor o el laborante preparan una disolución desconocida de cobre con, al menos, un día de antelación (ver cuadro). Después, los estudiantes trabajan en la actividad que durará aproximadamente una hora y media.
El ácido nítrico (HNO3) es corrosivo y debe manejarse con guantes y gafas bajo campana de humos. La reacción produce grandes cantidades de gases tóxicos por lo que se debe preparar en la campana, al menos con un día de antelación.
cobre
Imagen cortesía de Science on
Stage
Nota: puedes sustituir el Cu(NO3)2∙3H2O que absorbe con facilidad agua, por sulfato de cobre (CuSO4·5H2O – usa las mismas cantidades) o por la sal anhidra, CuSO4 (en este caso toma 3.3 g, 6.6 g y 10 g).
El profesor prepara las cuatro disoluciones y etiqueta los matraces de referencia indicando la masa exacta de cobre. Prepararemos con antelación las disoluciones que nuestros alumnos necesitarían para conducir el experimento con éxito. Este procedimiento requiere unos 45 minutos.
Pide que instalen la aplicación y que averigüen cómo funciona. Dales tres matraces con las masas de cobre en cada una de ellas pregunta cómo obtener de manera fiable el contenido de cobre en el cuarto matraz usando el valor H.
Los estudiantes hacen el experimento y con sus teléfonos graban un vídeo en el que explica cómo hacer el experimento. Este vídeo se envía a otra clase (del mismo centro o de otro país) quienes tienen que seguir el mismo protocolo.
La aplicación identifica los colores que capta la cámara y muestra los valores numéricos de los colores en diferentes formatos (RGB, HSV, LAB, etc.). Puede ser útil si quieres comprar pintura de un determinado color; basta con medir el color con tu smartphone y pedir justo ese color en la tienda.
La más conocida es RGB (que es la misma que forma imágenes en las pantallas), pero los valores no están relacionados con la longitud de onda del color. El sistema RGB utiliza una longitud de onda para cada color primario. El valor H (Hue significa matiz) de las codificaciones HSV ó HSL distingue diferentes tonalidades de azul (azul marino, flor de maíz, azul vaquero, lila, etc). Podemos utilizar este valor en lugar de la absorción para hacer determinaciones en un determinado rango de concentraciones.
Aunque no lo hemos probado aún, creemos que este método podría funcionar con otras sustancias (el permanganato de potasio o los líquidos de colorante alimenticio). Para eso hay que identificar el rango en el que el valor H es proporcional a la concentración de la disolución.
Hemos probado con la col lombarda y los colores que da como indicador pero no funcionan porque las longitudes de onda de los diferentes rojos de la col no varían linealmente con el pH. La aplicación no es ni siquiera capaz de diferenciar las tonalidades entre pH 3 y pH 10, los colores de la col lombarda (rosa, púrpura, verde o amarillo) por sí mismos nos ayudan a deducir posibles valores de pH. Como lo que podemos apreciar a simple vista, no vale la pena usar smarphones.
Esta actividad se llevó a cabo por primera vez en Science on Stage y se publicó en una colección de artículos sobre el uso de smartphones en ciencia, iStage 2w1. Se desarrolló por la colaboración entre profesores que comenzó en Viena, Austria, y que siguió por correo electrónico y a través de la plataforma de enseñanza de código abierto Moodle. Trabajaron 20 profesores de 14 países y publicaron 11 unidades que muestran cómo usar los smartphones y las aplicaciones en clases de matemáticas, física, química o biología.
iStage 2 es una colección de ejemplos recogidos por toda Europa de cómo integrar los smartphones en las clases. Esta es la segunda publicación de la serie iStage que aborda la integración de recursos digitales en las clases de ciencias y matemáticas. Está disponible e impreso en inglés y alemán, financiado por SAP. Hay versión en ebook además de la versión impresa.