La conduction électrique dans les solutions aqueuses Pourquoi l eau de mer est-elle conductrice? Type d'activité : Démarche d investigation 1) Compétences En réponse à une situation-problème (le problème scientifique formulé étant très simple), proposer une question, une hypothèse et un protocole expérimental à partir du matériel habituellement utilisé. Réaliser les montages et les mesures en respectant les règles de sécurité des personnes et du matériel. 2) Objectifs de l activité proposée Cette situation illustre la rubrique des programmes : 3) Pré-requis Lors de cette séance les élèves doivent savoir : schématiser et réaliser un circuit simple utiliser le multimètre en mode ampèremètre que les eaux minérales contiennent des substances dissoutes appelées sels minéraux (5 ème ) 4) Déroulement Durée : 55 min 1. La classe visionne collectivement une vidéo sur les mesures physiques effectuées sur l eau de mer située sous la banquise Divers documents vidéo sont disponibles sur Internet : 1) Sur lesite.tv, Jean-Louis Etienne, médecin et explorateur, venu étudier les courants froids profonds au nord de la Norvège, décrit comment le sel peut influencer les courants des mers et des océans http://www.lesite.tv/index.cfm?nr=2&f=0264.0411.00&motclef=banquise 2) Ou cette page de l académie de Versailles qui rend compte d une mission polaire où plusieurs «vidéos pour comprendre» sont disponibles : www.mission-polaire.ac-versailles.fr/
Ce document est l occasion d une brève intervention sur l importance de la banquise quant à son rôle de régulateur thermique. On explique aux élèves que cette séance fait suite à l activité concernant la nature du courant dans les métaux et on leur demande de rédiger individuellement une question que leur inspire la vidéo. C est bien sûr la séquence où l on mesure la salinité et donc la conductivité de l eau de mer qui retiendra l attention des élèves. 2. Après discussion une question commune est retenue : «On mesure la conductivité de l eau de mer pour connaître sa salinité : mais pourquoi l eau de mer est-elle conductrice? Toutes les solutions aqueuses sont- elles conductrices?» 3. On demande aux élèves de se mettre par groupe de 3 ou 4 et de proposer une hypothèse qui réponde à la question. Evidement les élèves vont évoquer le rôle du sel mais cette évidence nous laisse un peu trop éloigné de nos objectifs. Afin d aider les élèves à proposer une hypothèse plus précisément formulée et pour qu ils puissent envisager ensuite un protocole afin de la vérifier, nous distribuons le petit document suivant : 4. Mise en commun des hypothèses : Pratiquement tous les groupes envisagent l absence ou la présence des sels minéraux dissous et font le lien avec le caractère conducteur de l eau de mer. 5. Choix d une hypothèse commune «C est la présence de sel minéraux dissous dans l eau de mer qui explique le caractère conducteur de l eau de mer» On peut ici choisir d introduire le terme d ions qui remplacera celui de sel minéraux et dès à présent poser une première partie de synthèse. Ou bien l énoncer oralement en gardant trace au tableau des mots clés pour la reprendre en fin de séance. L eau minérale contient des substances dissoutes appelées sels minéraux. Le chimiste utilise le mot ion pour désigner ces espèces chimiques. Ces ions sont des particules électriquement chargées. Par exemple: - l ion sodium de formule Na +, l ion Calcium de formule Ca 2+ portent une charge positive - l ion chlorure de formule Cl - ou l ion nitrate NO 3 - portent une charge négative L eau salée contient surtout des ions sodium et chlorure. Le chimiste utilise l expression solution aqueuse de chlorure de sodium pour désigner l eau salée. On insistera auprès des élèves pour qu ils utilisent ce nouveau vocabulaire durant tout le reste de la séance.
6. Retour en groupe pour proposer un protocole permettant de valider l hypothèse retenue. Chaque groupe présente son travail au reste de la classe à l aide d une visionneuse reliée à un projecteur vidéo (on peut aussi utiliser une Webcam). Cette présentation donne l occasion d un débat scientifique qui permet de faire apparaître tous les points importants et donc d aboutir à un protocole commun que les élèves rédigeront. Exemples de protocoles d élèves commentés par les élèves: Il manque un indicateur de passage du courant. L idée d ajouter un multimètre est à retenir mais cette proposition donnera l occasion de revenir sur les grandeurs électriques et leur mesure. La présentation sous forme de tableau est à retenir La lampe ne suffira pas à évaluer le caractère conducteur des solutions. Par contre, la présentation sous forme de tableau, l idée de tester 3 solutions ainsi que le découpage du protocole en étapes sont à retenir. Remarques : L utilisation de l ampèremètre à la place de la lampe est à retenir Par contre la présentation des résultats est à améliorer. Les élèves qui ont évalué le caractère conducteur des métaux à l aide d un circuit ne comportant qu une lampe ne pensent pas naturellement à utiliser un ampèremètre pour mesurer le caractère conducteur d une solution. Il faudra donc aborder cette question lors de la présentation des différents protocoles. Lors du travail en groupe on pourra inciter les groupes les plus avancés à se questionner sur ce point.
Protocole type : 1) Réaliser le circuit schématisé ci-dessous avec un générateur 6V et la une cuve à électrolyse en y plaçant un ampèremètre pour mesurer l intensité du courant. - + 6 V A 2) Remplir la cuve avec 100ml d eau distillée et mesurer l intensité du courant et la noter dans le tableau de résultats 3) Recommencer avec plusieurs solutions 4) Tableau de résultats Solutions Intensité du courant en ma Eau déminéralisée Eau minérale d Evian (ou robinet) Solution de chlorure de sodium (Eau salée) Solution de saccharose (eau déminéralisée sucrée) 5) Comparer les mesures et conclure 7. Individuellement, les élèves rédigent au propre un protocole. Chacun sera capable de prendre en compte les remarques faites à l oral et gardées en trace au tableau pour proposer sur son cahier un protocole valide. Les groupes restent constitués pour permettre une entraide entre pairs. 8. Validation des protocoles par le professeur. 9. Mise en œuvre expérimentale par groupe. Les élèves appellent le professeur pour vérification avant de faire fonctionner le montage et notent les résultats des mesures ainsi que et les observations. 10. Bilan des expériences. En synthèse de la séance, recopier la conclusion (celle-ci fait suite à la première partie de la synthèse, posant le vocabulaire relatif à la notion d ions). Les solutions aqueuses qui conduisent le courant électrique contiennent des particules électriquement chargées appelées ions. Les solutions aqueuses qui ne conduisent pas le courant électrique ne contiennent que des molécules. 11. Proposer un exercice de réinvestissement aux élèves. Cet exercice sera à faire pour la prochaine fois 12. Notion à aborder lors de la prochaine séance : expérience de migration des ions.
Celle-ci permettra de valider :