Les matériaux et électricité (2ème partie)

Fiche d'activités

 

Cette page reproduit les travaux que j'ai pu réaliser avec mes élèves de collège. Elles sont libres de droit et vous pouvez les utiliser comme bon vous semble. Par contre , je serai heureux, ami visiteur, si vous m'adressez un petit bonjour par mail et si vous me faîtes connaître vos commentaires et vos idées.


Programme (1ère partie)

Problème 1: De quoi est constituée la matière? (1ère partie)

Problème 2: Pourquoi les métaux sont-ils conducteurs d'électricité? (1ère partie)

Problème 3: Les liquides peuvent-ils conduire le courant électrique? (sur cette page)

Contact: vos remarques ou suggestions.


Problème 3: Les liquides peuvent-ils conduire le courant électrique?

 

Activité 1: Etude des propriétés conductrices de l'eau.

Travail par petits groupes.

Travail à réaliser:

L'eau est-elle conductrice?

- Emettre une hypoyhèse, appuyée sur une observation.

- Imaginer un protocole expérimental pour vérifier cette hypothèse.

- Vérifier cette hypothèse sur différentes sortes d'eau: eau minérale (contrex), eau du robinet, eau de mer, eau déminéralisée.

- Présenter les résultats dans un tableau et dire si l'hypothèse est vérifiée.

Exemple de résultats obtenus:

Le courant dans les liquidesHypothèse: Nous pensons que l'eau est conductrice, car les risques d'électrocution sont plus grands dans les lieux humides (salles de bain, caves, chantiers...)

Conséquence vérifiable: Si l'eau est conductrice, alors un ampèremètre doit fournir un résultat non négligeable quand on essaie de faire passer du courant dans le d'eau.

Expérience : Avec le matériel suivant, on réalise un circuit: pile, bécher avec eau, fils conducteurs, pinces crocodiles qui peuvent aussi servir d'électrodes, ampèremètre, eau à tester.

Tableau des résultats obtenus par un des groupes:

Nature de l'eau étudiée

Intensité en mA

Eau minérale

8,4 mA

Eau du robinet

3.5 mA

Eau déminéralisée

0 mA (autres résultats 0.1 ou 0.2mA)

Eau de mer

94.5mA

Conclusion: Toutes les sortes d'eau ne conduisent pas le courant.

Suite à ces résultats, un petit débat s'est engagé qui aboutit à cette question: Pourqoui y a-t-il une différence entre les propriétés conductrices des différentes sortes d'eau. Pour le savoir, une solution apparait très vite: rechercher la composition de ces différentes sortes d'eau.

Retour au début de la page - Page d'accueil - Contact

 

Activité 2: Recherche documentaire sur la composition des différentes sortes d'eau.

Travail par petits groupes ou individuel au choix des élèves, suivant le temps ou le matériel, en classe ou à la maison.

Matériel fourni ou à trouver: Encyclopédie multimédia (éventuellement accès internet), analyse d'eau (plusieurs èlèves utilisent l'eau d'un puits, étiquettes d'eau minérale, manuels, etc.

Travail attendu: Recherche de toute information sur la composition des 4 sortes d'eau étudiées.

Mise en commun - Résultats attendus (et à peu près obtenus)

Eau déminéralisée: uniquement des molécules d'eau.

Eau du robinet: nitrates, phosphates etc,

Eau minérales: minéraux, cations, anions, ions, nitrates, etc.

Eau de mer: sels comme le chlorure de sodium etc.

La présence d'ions dans les solutions conductrice intrigue un peu les élèves et demande alors un approfondissement.

 Retour au début de la page - Page d'accueil - Contact

 

Activité 3:Les ions des eaux minérales.

Travail collectif, les élèves ayant à leur disposition un maximum d'étiquettes d'eaux minérales

Première étape: Recherche collective des ions. En rassemblant les informations portées par les étiquettes, on arrive assez facilement au tableau suivant: Certaines étiquettes donnent les noms, d'autres donnent les formules, une ou deux donnent les deux ensemble et permettent de relier les informations entre elles.

Cations ou ions positifs

Anions ou ions négatifs

Magnésium: Mg2+

Chlorure: Cl-

Sodium: Na+

Hydrogénocarbonates: HCO3-

Potassium: K+

Sulfates: SO42-

Calcium: Ca2+

Nitrates: NO3-

Ammonium: NH4+

Nitrites: NO2-

.

Fluorure: F-

On constate rapidement que les formules de certains ions (monoatomiques) ressemblent beaucoup à certaine élements du tableau de Mendéleiev., avec un petit signe. Le rapprochement avec la structure de l'atome vient vite à l'esprit de quelques-uns. En sollicitant un peu leur réflexion, on arrive vite au constat que certains atomes peuvent gagner ou perdre des électrons, ils sont alors devenus ions.

Pour les ions polyatomiques, l'idée est la même, mais ici, c'est le groupe d'atomes qui a perdu ou gagné des électrons.

Sous formes de petites questions, j'ai fait rechercher dans le tableau des ions contenant 3, 4 ou 5 atomes., des ions aynet gagné 2 électrons, d'autres ayant gagné 1 électron ou présenter des ions (citrate, acétate ...) plus complexes en demandant d'en faire la description.

Bilan:

Un ion est un atome ou un groupe d'atomes qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Un ion positif (ou cation) a perdu des électrons, un ion négatif (ou anion) a gagné des électrons.

Exemple de description: L'ion sulfate: SO42- est un groupe de cinq atomes, un de soufre et 4 d'oxygène, qui a gagné 2 électrons.

Retour au début de la page - Page d'accueil - Contact

 

Activité 4: Composition d'une solution: l'eau de mer.

Recherche individuelle: Certains ions gagnent des électrons, d'autres en perdent. Que deviennent les électrons perdus, où sont pris les électrons gagnés? Sachant que l'eau de mer est une solution de chlorure de sodium (voir activité 2), donnez le nom des ions de l'eau de mer, dessinez leurs modèles et produisez alors une explication sur ce problème.

Sans trop de difficultés, on arrive à faire énoncer les ions sodium et chlorure.

Ion chlorure

Ion sodium

Les schémas des modèles mis en comparaison rendent l'explication simple: Dans la même solution, il faut des ions positifs et des ions négatifs. Les postifs donnent des électrons aux négatifs, l'ensemble reste neutre quand on met ensemble un ion sodium et un ion chlorure: 17+11 charges positives, 18+10 charges négatives. Dna sle chlorure de sodium , pour conserver la nautralité, il faudra un ion sodium pour un ion chlorure.

Bilan: Une solution contient toujours des cations et des anions. Une solution est émectriquement neutre.

Application: Décrivez ( nom des ions, formule et proportion) les solutions suivantes: Chlorure de calcium, Sulfate de potassium, Sulfate de magnésium, Nitrate de sodium.

Retour au début de la page - Page d'accueil - Contact

 

Activité 5: Le courant dans la solution d'eau de mer.

Commentaire: Le programme recommande de réaliser une migration d'ions, ce que je n'ai pas fait cette année: manque de matériel au moment voulu (sulfate de sodium) et doute sur le résultat obtenu). Les expériences identiques dans les anciens programmes étaient souvent très longues, pas évidentes à réussir. Je compte bien réaliser une telle expérience à l'avenir. Je me suis appuyé sur le manuel des élèves (Belin)qui présente la migration des ions permanganate et cuivre. Si certains ont réalisé cette expérience, j'aimerais en connaître les résultats. Envoyez-moi un courrier électronique. Merci à l'avance

Description de l'activité:

- Décrire les ions du permanganate de potassium et du sulfate de cuivre. (Belin a eu la bonne idée de présenter en annex un tableau des ions les plus courants.)

Permanganate de potassium: ion permanganat: MnO4- et ion potassium: K+

Sulfate de cuivre: ion sulfate: SO42- et ion cuivre Cu2+

- A quels ions sont dues les couleurs violettes et bleues de ces deux solutions: ions permanganate (violette) et ion cuivre (bleue)

- Observez attentivement l'expérience du n°3 page 35:

Que font les ions Permanganate sous l'action du courant? ils migrent vers la borne positive (anode)

Même question pour les ions cuivre? ils migrent vers la borne négative (cathode)

- A quoi est dû le courant électrique dans la solution? à un déplacement d'ions dans la solution

- Compléter le schéma de l'activité 4 par des flèches représentant le déplacement des ions.

Bilan:

Un liquide conducteur contient des ions en solution. Le courant électrique est dû à un déplacement d'ions positifs vers l'électrode négative (cathode) et d'ions négatif vers l'électrode positive (anode).

Retour au début de la page - Page d'accueil - Contact


Début de la page - Page d'accueil - Contact - Réalisation: Joule Productions - Page créée le 14 Août 2000