Premessa

La   dissoluzione   dei   compos0   in   acqua   ne   colora   le   soluzioni:   quanto   più   rame   é   contenuto   tanto  maggiore  é  la  “tonalità”  del  colore  blu,  aumentando  la  quan0tà  di  permanganato  tanto  più  intensa  é  la  colorazione  viola.  Lo   studente   può   u0lizzare   uno   smartphone   per   determinare   la   “concentrazione”   della   soluzione,  mediante   la   “costruzione”   di   una   re,a   di   taratura.   Usa,   pertanto,  un’App  che  “misura”  il  colore  e  ne  esprime  le  caraDeris0che  mediante  le  coordinate  del  modello  di  rappresentazione  digitale  HSL,  cioè:

-­‐ La   tonalità   Hue,   misurata   dall’ampiezza   dell’angolo   aDorno   all’asse  ver0cale  del  modello:  il  rosso  primario  a  0°,  il  verde  primario  a  120°,  il  blu  a  240°,  tornando  al  rosso  a  360°;

-­‐ La  purezza  o  Satura6on  del  colore,  individuata  da  un  valore  compreso  tra  0   -­‐  sull’asse  del  modello  -­‐   ed  una  superficie   laterale  dello  stesso,  con  limite  numerico  pari  a  1  (100%);

-­‐ L’altezza  del  modello  che  indica  la  luminosità   Lightness,  con  estremi  il  nero  (valore  0)  e  il  bianco  (1  o  100%).

Il  modello,   contrariamente  a  quello  RGB   (non  correlato  alla  lunghezza  d’onda   della   radiazione   e   quindi   riferibile   solo   ai   colori   primari),  consente  di   dis0nguere   fra   le   varie   tonalità   del  colore   e   perciò   può  pra0camente   sos0tuire   il   conceDo   di   assorbanza   in   determina0  intervalli   di   concentrazione   delle   soluzioni   (non   troppo   diluite   né  concentrate).  

SeDore SCIENZA  della  MATERIA

Titolo QUALE  BLU?  QUALE  ROSSO?

MISUREMISURE

App  iOS Color  Assist  Free  Edi8on

App  Android Color  Grab  (free)

ELABORAZIONE  DATIELABORAZIONE  DATI

App  iOSRegression  Calculator  (0,99€)Data  Analysis  (free):  solo  per  iPadVernier  Graphical  Analysis  (4,49€)

App  Android Regression  Calculator  (free)

SW  PC/Mac Ms  Excel,  Numbers,  Open  Office  Calc

“Colorimetria” con lo Smartphoneda un’idea di iStage2 workshop - Berlino, Dicembre 2014

lavoro eseguito dagli allievi della classe 3^N - a.s. 2014-15

Materiali  e  aPrezzatura

•Guan0  e  occhiali  protedvi,  cappa  aspirante;•Rame  Cu  in  polvere;•Becher  da  50  ml;•Acido  Nitrico  HNO3  al  65%;• Soluzione  di  Potassio  Permanganato  KMnO4  0,1  N;•4  Matracci  da  100  ml  o  ProveDe  da  50  ml.

Procedimento  

Preparazione  delle  soluzioni  di  calibrazione  e  di  quella  incognita:  RAME1. Pesare  una  quan0tà  di  Rame  puro  compresa  tra  1.5  e  4.0  g:  registrarne  il  valore.2. Indossare  guan0  e  occhiali  protedvi  e  lavorare  soDo  cappa:  versare  nel  becher  da  

50  ml  una  quan0tà  di  acido  nitrico  HNO3  al  65%,  5   volte  mul0pla  della  massa  di  rame.

3. Aggiungere  il  rame  poco  a  poco,  chiudere  la  cappa  aspirante  ed  aDendere  fino  a  che  il  rame  é  completamente  disciolto.

4. Aggiungere  acqua  demineralizzata  fino  a  30  ml  poi  trasferire   la  soluzione  in  un  matraccio  da  100  ml.

5. Diluire  fino  a  volume,  chiudere  il  matraccio  col  tappo  e  mescolare  bene.

Soluzioni  di  calibrazione  e  di  quella  incognita:  PERMANGANATO  A  par0re  dallo  standard  0,1  N,  preparare  4  soluzioni  in  proveDe  o  matracci  da  50  ml  per  successiva  diluizione  e  fino  a  valori  di  concentrazione  pari  a  :  0,02/0,0125/0,002  e  0,0002  N.

Misura  della  tonalità  H  con  lo  smartphone  (vedi  clip  allegata)6. Collocare  il  primo  matraccio  (o  la  proveDa)  su  carta  da  filtro  bianca,   in  modo  che  

la  stessa  “schermi”  anche  la  parte  posteriore  del  recipiente,  ad  una  distanza  di  2-­‐3  cm.

7. Tracciare  una  parte  del  perimetro  di  base  del  matraccio,  allo  scopo  di  eseguire  la  leDura  a  distanza  costante  coi  successivi  recipien0.

8. Disporre   lo   smartphone   in   modo   tale   che   l’angolo   di   vista   sia   orizzontale   e  l’obiedvo  della  camera  inquadri  la  parte  più  larga  del  matraccio,  ad  una  distanza  di  circa  15  cm.

9. Leggere  il  valore  HSL  (vedi  la  sezione  successiva  Da6  Raccol6),  ripetendo  la  misura  per  tud  i  matracci.

Riferimen+ Daniel   Bengtsson,   Lilla   Jónás,   Miroslaw   Los,   Marc   Montangero,   Márta   Gajdosné  Szabó,  “iStage2  Smartphones  in  Science  Teaching”

Raccolta  da8All’apertura  della  App  compare  la  schermata  mostrata    alla  pagina  successiva  (screenshot  di  iPhone  nel  caso  della  soluzione  contenente  Rame).  In  essa  sono  da  considerare  i  seguen0  “comandi”:

(A) Impostazioni  :  permeDe  la  configurazione  della  App,  in  par0colare  di  scegliere  il  modello  digitale.(B) Target:   advando   il  seleDore,   si  può   toccare   il  display   per   spostare  la  posizione  di   leDura  senza  

muovere  la  fotocamera.(C) Tasto  pausa  (advato  nell’immagine)  /play:  consente  di  “bloccare”  il  colore  rilevato  .(D) Tasto  +:  la  sua  pressione  memorizza  la  leDura  nella  sezione  di  edi0ng.

(E) Edit:  organizza  la  raccolta  di  campioni  led  e  consente  di  condividere  le  misure  per  posta  eleDronica,  in  varie  modalità  (solo  testo  /  testo  e  anteprima  colore  /  testo,  anteprima  del  colore  e  immagine  del  campione).

Elaborazione  delle  misure:  RAME

a. Si  rileva  la  tonalità  di  colore  delle  3  soluzioni  di  “taratura”  e  di  quella  incognita:  si  deve  focalizzare  l’obiedvo  della  camera  sulla  parte  centrale  del  matraccio.

b. Si  condividono   i  da0  mediante   email.   Nel  caso   in   ques0one  é  stata  scelta   l’opzione  Email   Color  Samples:

c. Si  rappresentano  graficamente  i  valori  di  H  in  funzione  della  massa  di  rame,  ad  esempio  u0lizzando  l’App  Regression  Calculator  caricata  sullo  smartphone  (vedi  immagini  alla  pagina  successiva):

H  (°) 196 215 224

m  Cu  (g) 1,51 2,20 3,99

A

B

C

DE

Campione:  3,51  g

standard:  1,51  g

standard:  2,20  g

standard:  3,99  g

d. Si  interpola  il  valore  di  H  della  soluzione  campione  nella  reDa  di  regressione,  determinando  la  massa  incognita  di  rame.  Nel  nostro  caso  si  odene:

mCu =221−186,19,97

= 3,50 g( )

vs.  un  valore  di  rame  effedvamente  disciolto  pari  a  3,51  g.

Elaborazione  delle  misure:  PERMANGANATO

a. Si  rileva  la  tonalità  di  colore  delle  3   soluzioni  di  “taratura”   e  di  quella  incognita:   nel  caso  non  si  u0lizzino  proveDe,  si  deve  meDere  a  fuoco  il  collo  del  matraccio.  

b. Si   condividono   i   da0   mediante   email,   scegliendo   l’opzione   Email   Color   Samples   (vedi   pagina  successiva):

c. Si  calcola  la  massa  di  Permanganato  contenuto  in  50  ml  di  soluzione  acquosa:

PMKMnO4= 158,034 g

mol( )⇒ PEKMnO4= 158,034

5= 31,61 g

eq( )mKMnO4

0,0125N( ) = 0,0125 eql

⎛⎝⎜

⎞⎠⎟ ⋅0,05 l( ) ⋅31,61 g

eq⎛⎝⎜

⎞⎠⎟= 0,01976 g( ) = 19,76 mg( )

mKMnO40,02N( ) = 0,02 ⋅0,05 ⋅31,61= 0,03161 g( ) = 31,61 mg( )

mKMnO40,002N( ) = 0,003161 g( ) = 3,16 mg( )

mKMnO40,0002N( ) = 0,0003161 g( ) = 0,32 mg( )

d. Si  rappresentano  graficamente  i  valori  di  H  in  funzione  della  massa  di  permanganato,   ad  esempio  u0lizzando  l’App  Data  Analysis  caricata  sull’iPad  (vedi  immagini  alla  pagina  successiva):

Campione:  0,0125  N

standard:  0,002  N

standard:  0,02  N

standard:  0,0002  N

H  (°) 270 316 320

m  SALE  (mg) 31,61 3,16 0,32

e. Si  interpola  il  valore  di  H  della  soluzione  campione  nella  reDa  di  regressione,  determinando  la  massa  incognita  di  permanganato.  Come  si  vede  nello  screenshot,   l’interpolazione  può  essere  effeDuata  direDamente  con  l’App,  selezionando  la  voce  Use  as  Standard  Curve:  Il  valore  oDenuto  é  19,79  mg  vs.  un  valore  di  sale  effedvamente  disciolto  esaDamente  pari  a  19,76  mg.

Conclusioni

Si  traDa  di  una  “classica”  esperienza  di  chimica  anali0ca,  solitamente  effeDuata  dagli  studen0  del  terzo  anno  negli  is0tu0  tecnici  del  seDore  tecnologico.Ciò   che   la   rende   interessante   é   il   faDo   che   possa   essere   “rinnovata”   mediante   l’u0lizzo   dello  Smartphone  ad  opera  di  ciascun  allievo,   anziché  usare  complessivamente  uno  spe,ro   fotometro   UV-­‐Visibile,  strumento  dal  costo  parecchio  elevato  .Resta   da   appurare   a   quali   altre   soluzioni   possa   essere   applicato   il   “protocollo”,   oltre   al   Potassio  Permanganato:   si  traDa  di  individuare  l’intervallo  di  concentrazione   in  cui  é  verificata  la  correlazione  lineare  tra  la  “tonalità”  e  la  concentrazione  della  soluzione.A   tale   proposito,   infine,   resta  da  dire   che   per   gli  alunni   “più   piccoli”   l’esperimento   assume   valenza  propedeu0ca   allo   studio   della  chimica.   Consolida,   però,   il   conceDo   di  dipendenza   lineare  più   volte  incontrato  nello  studio  sperimentale  della  Fisica,  allargando  l’orizzonte  ad  un’altra  disciplina  scien0fica:  un’odma  occasione  per  organizzare  un  modulo  inter  disciplinare.