Przetłumaczyła Patrycja Kościelecka.
Odkrywanie barwnej chemii przy użyciu smartfonów.
Kiedy miedź zostanie rozpuszczona w wodnym rozpuszczalniku kwasu azotowego, rozpuszczalnik zmienia kolor na niebieski. Im więcej dodamy miedzi, tym bardziej intensywny otrzymamy kolor. Ale w jaki sposób możemy dowiedzieć się ile miedzi zostało użytej patrząc tylko na kolor?
Ludzie wiedzą, że kiedy rozcieńczymy zabarwiony syrop, staje się on jaśniejszy. Dzieje się tak, ponieważ absorbcja światła, która wytwarza kolor jest proporcjonalna do stężenia rozpuszczonego barwnika (według prawa Lamberta-Beera). W tym ćwiczeniu uczniowie w wieku 13-18 lat badają powyższe prawo przy użyciu darmowej aplikacji na smartfony, która dopasowuje kolor.
Ćwiczenie to jest dostosowane do lekcji chemii, ale może być także zmodyfikowane pod lekcje matematyki. Ćwiczenie dostarcza studentom możliwość praktykowania różnych metod naukowych. Muszą odpowiedzieć na pytanie – ile miedzi rozpuścił nauczyciel? Następnie muszą zdecydować, którą metodę wybrać przed wykonaniem pomiarów, zebraniem danych, zorganizowaniem tych danych w tabeli i tworzeniem wykresu by oszacować ilość rozpuszczonej miedzi.
Tutaj proponujemy cztery różne protokoły:
Nauczyciel lub technik musi przygotować roztwór miedzi o nieznanym stężeniu na co najmniej dzień z wyprzedzeniem (spójrz w ramkę). Po przygotowaniu, uczniowie pracują podczas ćwiczeń, które powinny trwać około 1.5 godziny.
Kwas azotowy (HNO3) jest żrący, więc zaleca się używanie rękawiczek, okularów oraz wyciągu laboratoryjnego. Podczas reakcji miedź wytwarza ogromną ilość gazów toksycznych, więc należy użyć wyciąg laboratoryjny na co najmniej dzień przed.
Uwaga: Możesz także zastąpić Cu(NO3)2∙3H2O, który jest wrażliwy na wilgoć, uwodnionym siarczanem miedzi (CuSO4·5H2O – nie zmieniaj ilości) lub bezwodnym CuSO4 (w tym przypadku użyj około 3.3 g, 6.6 g i 10 g).
Nauczyciel tworzy cztery roztwory z wyprzedzeniem jak powyżej i oznacza skalę odniesienia kolb z dokładną masą czystej miedzi na kolbach. Sprzęt, który studenci będą prawdopodobnie potrzebować lub o który poproszą by przeprowadzić uczciwy test powinien być przygotowany.
Poproś uczniów by zainstalowali aplikację i powiedz jak działa. Daj uczniom trzy kolby z masą miedzi napisaną na kolbach i poproś by obmyślili uczciwy test by określić masę miedzi w czwartej kolbie używając wartości H.
Uczniowie kontynuują eksperyment, a także używają smartfonów by nagrać film, który wyjaśnia jak go wykonać. Nagranie wysyłamy innej klasie (w tej samej szkole lub międzynarodowo), która powinna działać zgodnie z tym samym protokołem.
Aplikacje rozpoznające kolory używają kamery by zmierzyć i wykazać wartość koloru w odniesieniu do określonych modelów (np. RGB, HSV, LAB). Może być także przydatna, gdy chcesz kupić farbę o określonym kolorze: możesz zmierzyć wartość koloru używając do tego smartfona i poprosić o farbę o takim samym kolorze w sklepie.
Najczęściej używanym modelem jest RGB (na przykład w taki sposób kolory są wyrażane na ekranie komputera), jednak te wartości nie są powiązane z długością fali koloru. Zamiast tego system RGB wykorzystuje tylko jedną długość fali każdego podstawowego koloru. Wartość odcienia (H) w modelu HSV lub HSL rozróżnia odcienie niebieskiego (granatowy, niebieski denim, chabrowy, itp). Ta wartość może być stosowana zamiast absorpcji w pewnym zakresie stężeń.
Mimo, że nie wypróbowaliśmy tego, uważamy że procedury mogą być zastosowane z innymi barwionymi roztworami (np. nadmanganian potasu lub roztwór barwnika spożywczego). Należałoby określić zakres stężeń, dla których wartość H jest proporcjonalna do stężenia roztworu.
Próbowaliśmy wykorzystać tę procedurę w dobrze znanym eksperymencie dotyczącym barw czerwonej kapusty, ale niestety nie zadziałało, ponieważ długości fal różnych barw czerwonej kapusty nie zmieniają się liniowo z pH. Aplikacja nie była nawet w stanie rozróżnić barwy w zakresie pH od 3 do 10, a zatem była w stanie jedynie podać nam podstawowe barwy czerwonej kapusty (różowy, fioletowy, zielony lub żółty), z którego możemy wywnioskować zakres możliwych wartości pH. Zwykle wykonujemy to na oko, więc nie ma sensu używania smartfona w tym celu.
Ta działalność została opracowana przez Science on Stage i opublikowana w zbiorze artykułów na temat używania smartfonów w nauczaniu przedmiotów ścisłych, iStage 2w1. Podczas warsztatów w Wiedniu, w Austrii - a później poprzez wiadomości e-mail i internetowe platformy służące do nauki - 20 nauczycieli z 14 krajów europejskich pracowało wspólnie w celu opracowania 11 jednostek dydaktycznych, które pokazują jak używać smartfonów i aplikacje w zakresie klas z matematyki, fizyki, chemii lub biologii.
iStage 2 dostarcza unikalne streszczenia praktycznych przykładów z całej Europy jak wprowadzać smartfony do codziennych zajęć. Prospekt jest drugą publikacją serii iStage, która dotyczy nowych mediów cyfrowych w zakresie edukacji w dziedzinie nauki, technologii, inżynierii i matematyki. Dostępne online lub w wersji papierowej w języku angielskim i niemieckim, finansowane przez SAP. Prospekt można również pobrać jako iBook czy to w wersji online czy papierowej.