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Les sciences à l’école Apprentissage des sciences par la réalisation de manipul

Les sciences à l’école Apprentissage des sciences par la réalisation de manipulations simples Observation – Construction - Expérimentation – Explication Cycle 2 et Cycle 3 Chimie Expérimentale Eric Langlet (eric.langlet@univ-valenciennes.fr) Electricité Franck Ebel (franck.ebel@univ-valenciennes.fr) Mécanique Didier Moraux (didier.moraux@univ-valenciennes.fr) Institut Universitaire de Technologie Département Mesures Physiques Antenne de Maubeuge Université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis « Celui qui ne comprend pas et qui le dit, est celui qui fait le plus évidemment preuve d’intelligence, car il a compris qu’il n’a pas compris et c’est ce qui est le plus difficile à comprendre. Remercions-le, car il fait un cadeau à tous ceux qui, autour de lui, croyaient, à tort, avoir compris. » Raymond Devos IUT Mesures Physiques, Z.I. du champ de l’abbesse, 59 600 Maubeuge Tél : 03 27 53 17 70, Télécopie : 03 27 64 74 95, Mél : seciutmp@univ-valenciennes.fr Site web : www.univ-valenciennes/IUT/iutmph Les sciences à l’école – Université de Valenciennes – E. Langlet, F. Ebel, D. Moraux – mai 2003 1 La chimie expérimentale Chimie 1 : Qu’est ce que la limonade ? Chimie 2 : acidité – basicité appliquée aux boissons et à la qualité de l’eau Eric Langlet Professeur Agrégé en Chimie Université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis Eric.langletl@univ-valenciennes.fr IUT Mesures Physiques, Z.I. du champ de l’abbesse, 59 600 Maubeuge Tél : 03 27 53 17 70, Télécopie : 03 27 64 74 95, Mél : seciutmp@univ-valenciennes.fr Site web : www.univ-valenciennes/IUT/iutmph Les sciences à l’école – Université de Valenciennes – E. Langlet, F. Ebel, D. Moraux – mai 2003 2 Chimie Expérimentale Les expériences proposées sont des idées d’expériences de chimie en primaire. Le choix de ces idées s’est fait en suivant 4 lignes directrices.  Des produits disponibles facilement  Des produits non dangereux  Des expériences en relation avec la vie quotidienne des élèves  Des liens possibles avec les programmes Ce ne sont que des idées d’expériences qui sont à adapter pour travailler avec des élèves de primaire en fonction des affinités, des choix de chacun ainsi que du type de public. La plupart des expériences peuvent être réalisées par les élèves eux-mêmes et peuvent se faire dans différents sens. Les questions posées peuvent être une sorte de questionnement ou de piste de questionnement pour les élèves. Les expériences présentées sont regroupées en 2 thèmes :  Premier thème : qu’est-ce que la limonade ?  Deuxième thème : acidité – basicité appliquée aux boissons et à la qualité de l’eau. Premier thème : qu’est-ce que la limonade ? Essayer de trouver ce qu’il y a dans une limonade et essayer de refaire une boisson « proche ». Faire une solution d’eau sucrée Faire des bulles dans une eau sucrée ou comment « fabriquer un gaz » ? Ajouter du jus de citron dans l’eau sucrée Deuxième thème : acidité – basicité appliquée aux boissons et à la qualité de l’eau. Faire du jus de chou rouge Classer les produits courants (essentiellement alimentaires) en produits acides, basiques et neutres. Qualité des eaux selon le critère de l’acidité Comment rendre ces eaux potables ? Parties des programmes concernées : (plus au niveau cycle 3 mais adaptable au cycle 2) Mélanges et solutions Education à la santé Qualité de l’eau Gaz (changements d’état de l’eau – air) Les sciences à l’école – Université de Valenciennes – E. Langlet, F. Ebel, D. Moraux – mai 2003 3 LISTE DU MATERIEL NECESSAIRE. Les produits et le matériel nécessaires sont des produits simples disponibles en grande surface et peu coûteux. Pour les expériences, on peut donner comme matériel commun : Une bassine Des verres ou gobelets en plastique transparents (ni vaisselle à faire ni casse) Des bouteilles d’eaux minérales ou de sodas en plastique vides Produit vaisselle pour laver les verres à la fin Eponge Couteaux Petites cuillères Chiffons Outre ce matériel, il y a toujours une liste donnée pour chaque expérience même si le contenu est très simple afin de pouvoir regrouper rapidement les produits et le matériel nécessaires. Enfin, pour protéger les vêtements des taches (jus de chou rouge, sodas), on peut utiliser l’habillement utilisé en arts plastiques (tabliers ou sacs poubelles). Les sciences à l’école – Université de Valenciennes – E. Langlet, F. Ebel, D. Moraux – mai 2003 4 Chimie 1 Qu’est ce que la limonade ? On peut dire que la limonade est un « produit naturel synthétisé », c’est-à-dire un produit formé à partir de l’association de substances que l’on peut extraire de la nature. C’est donc en quelque sorte le produit chimique idéal. 1 - Observations - questions Avez-vous déjà bu de la limonade ? Que buvez-vous chez vous ? Qu’est-ce que la limonade ? On peut répondre à cette question par le goût (un peu piquant), l’observation (les bulles) et, surtout, par la lecture de la composition sur l’étiquette. 2 – Composition d’une limonade On peut lire sur une étiquette : « eau gazéifiée, sucre, acidifiant : acide citrique, extraits naturels de citron et arôme naturel ». On va donc essayer de reconstituer une limonade pour illustrer différentes techniques utilisées en chimie (dissolution, filtration, réaction chimique…). 3 – Expériences Faire de l’eau sucrée a) Matériel - produits Verre, eau minérale, sucre en morceaux (ou en poudre) b) Manipulation Mettre 4 à 5 morceaux de sucre (voir page 19 du Que choisir cité ci-dessous) dans un verre d’eau. Observer le résultat sans et avec agitation. c) Explications et questions  Pourquoi agiter ? Sans rentrer dans des détails inutiles, c’est simplement pour mettre en contact le maximum de sucre (« les molécules ») avec l’eau. On peut faire une analogie avec les mélanges de peinture. Si l’on prend du jaune puis qu’on dépose un peu de bleu au-dessus alors on n’obtient rien. On mélange ensuite le jaune et le bleu. On obtient du vert car jaune et bleu sont en contact. Les sciences à l’école – Université de Valenciennes – E. Langlet, F. Ebel, D. Moraux – mai 2003 5 Après agitation  Pistes de réflexion : quantité de sucre dans les boissons, éducation à la santé et à l’hygiène. Les bulles dans la limonade a) Matériel - produits Eau gazeuse (de préférence très pétillante type « Perrier »), eau plate, bicarbonate de soude (souvent avec le sel de cuisine en grande surface), vinaigre, citron (éventuellement presse-agrumes), limonade, petite bouteille en plastique ou en verre, cuillère à café, paille. b) Manipulation  Qu’est-ce qu’un gaz ? Donner des exemples de l’existence des gaz. Pour la réponse, « le vent », on ne peut pas l’illustrer dans ce cas. Par contre, pour « gonfler un ballon de baudruche » , on prend un ballon que l’on place sur le goulot de la bouteille d’eau gazeuse ou de limonade (de préférence). Le ballon se gonfle légèrement en agitant un peu la bouteille. Remarque : ne pas espérer que le ballon soit très gonflé. Il n’y a pas suffisamment de gaz et de pression.  Fabriquer un gaz. Recommencer dans une petite bouteille. Mettre 2 cuillères à café de bicarbonate de soude puis verser du vinaigre dessus puis placer le ballon.  Comment introduire du gaz dans l’eau sucrée ? 3 possibilités Prendre l’une ou l’autre des 2 expériences précédentes (de préférence la deuxième) dans une petite bouteille en plastique ayant un bouchon percé d’une paille. Fermer rapidement la bouteille puis faire buller dans l’eau sucrée préparée précédemment. Avantage : méthode proche de ce qu’il se fait réellement. Les sciences à l’école – Université de Valenciennes – E. Langlet, F. Ebel, D. Moraux – mai 2003 6 Limonade Limonade Inconvénient : dès qu’on arrête l’expérience, il n’y a plus de bulles dans l’eau sucrée. Ajouter du bicarbonate dans l’eau sucrée. Le dissoudre puis ajouter du jus de citron. Il y a formation de bulles. Avantage : il y a des bulles plus longtemps dans l’eau sucrée. Inconvénient : méthode plus éloignée de la réalité et donnant, a priori, un mauvais goût. Prendre le ou les ballons gonflés précédemment (voir un ballon gonflé avec la bouche) puis le vider dans l’eau. Avantage : méthode proche de ce qu’il se fait réellement (« bouteille de gaz »). Inconvénient : dès qu’on arrête l’expérience, il n’y a plus de bulles dans l’eau sucrée et manque d’hygiène. pour la suite. c) Explications et questions  Pourquoi n’y a t’il plus de bulles dans l’eau au bout de quelques instants ou de quelques minutes dans une vraie eau gazeuse ? Le gaz présent dans les boissons gazeuses est du dioxyde de carbone. Dans la réalité, il est introduit sous pression (pour un élève de primaire, on peut dire qu’on met beaucoup de gaz dans les bouteilles en usine) dans les boissons gazeuses afin de dissoudre beaucoup de gaz dans l’eau. En ouvrant une bouteille de boissons gazeuses, la pression diminue et la majeure partie du gaz va se libérer. C’est pour cette raison que notre gaz ne restera pas dans notre eau sucrée puisqu’on ne l’introduit pas sous pression.  Le vinaigre réagit sur le bicarbonate de uploads/Industriel/ chimie-limonade-maubeuge-valenciennes.pdf