Les états de l eau But : les trois états de la ma1ère - découvrir l eau dans ses trois états, solide, liquide et gazeux u1liser un thermomètre Défi : fabriquer un glaçon suspendu, faire fondre un glaçon en accéléré. Étapes : 1) Reconnaître un solide, un liquide et un gaz 2) Fabriquer de l eau solide 3) Faire fondre de la glace 4) Température du mélange eau- glace 5) Évapora1on ébulli1on Matériel : flacons avec couvercles, une grande bassine, 1 kg de gros sel, laine, thermomètres, balances mathéma1ques, fonds de bouteilles d 1/2l. Casserole, plaque chauffante, thermomètre culinaire (dépassant 100 C) Achats : Flacons avec couvercles : le lot de 10-5,8 hzp://www.jeulin.fr/fr/a- a1032246- edc1000003/ ar1cle.html#.vwnrt6bznfq Thermomètre analogique de congélateur : environ 3 l unité Thermomètre à sonde pour la cuisson 15 (Cyclades électronique) Balances mathéma1ques Prépara2on : prévoir les glaçons, découper les fonds de bouteille pour fabriquer des pe1ts plateaux de balance.
1 - Les 3 états de la ma2ère Objec2f : reconnaître un solide, un liquide, un gaz Matériel : 16 flacons, 5 seringues, 5 entonnoirs, gobelets. Contenus : cf tableau ci- contre : les objets sont dans les 16 flacons On distribue 3 flacons par groupe, les élèves les é1quezent (1,2,3) (4,5,6),. Les flacons tourneront entre les différents groupes ou pas selon le temps disponible. Défi 1 : peux- tu iden1fier le contenu de chaque flacon? On peut deviner, on écrit au tableau les «hypothèses». Défi 2 : peux- tu caractériser ce contenu? On établit une liste de propriétés (tableau «propriétés du contenu» à faire remplir). Défi 3 : comment peux- tu classer ces flacons? («Tableau à compléter» à faire remplir). Trouver le 1tre de chaque colonne. (indice : quelles sont les 3 catégories) puis déterminer si solide, liquide ou gazeux. Recherche de la défini.on d un solide, d un liquide et d un gaz. Connaissez- vous quelque chose qui peut être soit solide, soit liquide soit même gazeux? Conclusion : nous connaissons l eau dans au moins deux états : solide et liquide, et elle peut exister dans un 3ème état, l état gazeux (ou vapeur d eau)
Flacon n Propriétés du contenu Tableau à compléter n Objet / matériau 1 Dur / mou? Coule /ne coule pas Odeur? Couleur? Saveur? Déformable? Préhensible? On peut aspirer? On peut transvaser? On peut comprimer? 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 16 Conclusion : il existe états de la ma1ère :.,,.. L eau est très spéciale parce qu on peut la trouver dans la nature dans ces états.
2 - Fabriquer de l eau solide -15 C Discussion : comment fabriquer de l eau solide? Matériel : Flacon (ici tube à essai) : 1 par groupe + une perle azachée à un fil de laine. Une grande bassine Glace pilée I kg de gros sel I balance Thermomètres : appren1ssage de leur u1lisa1on. Prépara1on du mélange réfrigérant devant les enfants et distribu1on; propor1on 25% de sel, 75% de glace en masse (ici montré dans un gobelet). A ton avis, ce mélange est- il 2ède, froid ou très froid? Comment pourrais- tu le savoir précisément? Mesure de la température : chaque groupe met son thermomètre dans la bassine et repère la température. La noter Propose ton expérience pour fabriquer un glaçon. ANen2on, il faut prévoir de le re2rer du flacon. Eau dans un flacon, é1queter (n du groupe). On peut a;acher une perle à un fil et laisser tremper le fil pendant la prise, pour re?rer le glaçon après. On place les flacons dans le mélange. Repérer l heure. Vérifier après 10 minutes. Pendant l a;ente, commencer la trace écrite. Qu est- il arrivé à l eau du flacon? Est- ce que la glace, c est de l eau? Que va- t- il arriver à ton glaçon maintenant que tu l as sor2 du flacon? Conclusion : l eau se transforme en glace quand on refroidit en dessous de 0 C. La glace est l état solide de l eau. Elle se transforme en eau quand on la sort.
Pour fabriquer de la glace il faut refroidir/réchauffer de l eau Nous avons u1lisé un mélange de Quelle est la quan2té d eau que donne un glaçon en fondant? N de flacon Dessine la colonne bleue Du thermomètre dans le mélange réfrigérant Dessine le glaçon suspendu Pour le savoir, j ai placé. dans un plateau d un côté de et j ai. avec des rondelles. Je note l heure Conclusion : Mon glaçon était formé après minutes. L eau se transforme en quand on la refroidit à. C. La glace est l état. de l eau. À h, j ai observé que L équilibre avait changé / n avait pas changé. Conclusion :. produite par en fondant pèse. que le glaçon.
3 Faire fondre un glaçon - Point fixe eau- glace Matériel : gobelets, glaçons, balance mathéma1que, fond de bouteille, fil de laine, maillet, sac plas1que et serpillère pour piler la glace (elle fond plus vite et on mélange mieux). 1) L eau produite par un glaçon quand il fond pèse- t- elle le même poids que le glaçon? Quelle expérience pour le savoir? On place de la glace pilée (10-15g) dans un pe1t bac et on équilibre la balance. Chaque binôme, chacun son tour, viendra observer régulièrement (40mn d a;ente environ, équilibre inchangé). 2) Comment faire fondre un glaçon le plus vite possible? Faire la liste des proposi1ons, les tester (radiateur, eau chaude, vêtement en laine, four micro- onde) glace eau 3) On a chauffé pour faire fondre la glace, mais que se passe- t- il si on anend, comme dans l expérience en cours de la balance? La glace se transforme en eau. Ce mélange eau- glace se réchauffe- t- il? Pour de l eau parfaitement pure, le mélange reste à 0 C. Avec l eau du robinet, tant que la glace n a pas en?èrement fondu, la température reste stable et proche de 0 C. Voir ci- après à propos des températures de changement d état. Chaque binôme suit la température du mélange de 10g de glace pilée et d eau (1 cuiller à café). On relève la température régulièrement après avoir bien mélangé (essen.el). Comparaison des résultats. On constate qu ils sont tous groupés et proches de 0 C ci- contre 3 C et que la température augmente dès que la glace a totalement disparu. Conclusions : pour faire fondre rapidement de la glace, il faut chauffer - La glace se transforme en eau liquide, dont le poids est le même que celui du glaçon (conserva2on de la ma2ère) Quand la glace fond, en présence d eau liquide, la température est stable jusqu à dispari1on de la glace, et proche de 0 C. C est la température de transforma2on de l eau solide en eau liquide. 6 20 26 32 La température est stable vers 3 C. À 26mn, il n y a plus de glace, et la température commence à augmenter.
Mesurer une température de fusion de la glace de 0 C (et d ébulli1on de 100 C)? C est seulement l eau pure (exempte de sels minéraux ou de produits désinfectants ou de gaz dissous) qui se solidifie ou fond à 0 C et qui bout à 100 C, pour une pression ambiante de 760mm Hg. Une expérience avec de l eau du robinet, la plus simple à effectuer, donnera des températures proches de 0 C ou de 100 C, mais pas exactement. L échelle Celsius a été définie précisément en se basant sur les températures de fusion et d ébulli?on de l eau pure, auxquelles les valeurs 0 C et 100 C ont été a;ribuées. Dans l échelle Fahrenheit, l eau pure fond à 32 F et bout à 212 F. On peut cependant observer - et c est ce qui est important, que quand de la glace fond et donne de l eau, le mélange eau- glace reste à une température fixe tant que glace et eau coexistent. De même, on pourra montrer aux élèves que lorsqu on fait bouillir de l eau, tant qu il reste de l eau dans la casserole (coexistence liquide- vapeur) la température est stable. La stabilité des ces températures, indépendamment de leur valeur, cons1tue le point important. Protocole suggéré pour faire la mesure dans un temps raisonnable U1liser des pe1ts flacons de façon que le réservoir du thermomètre soit bien recouvert. MeZre 10g de glace pilée dans le flacon de gauche, ajouter une cuiller à café d eau, mélanger et mesurer (15g de glace dans le flacon de droite, + une cuiller à café d eau). Au bout de 25mn environ, la glace a fondu et la température commence à augmenter. On remarque que la température est encore stable dans le flacon de droite, où on a mis 15g de glace, qui n a pas totalement fondu. 6mn après avoir fait le mélange, 20mn 26mn - la glace a en1èrement 35mn il reste encore fondu dans le flacon de gauche de la glace dans le flacon de droite
Le point de fusion de la glace Observa2ons expérimentales: Pour faire fondre un glaçon il faut le chauffer / le refroidir / l envelopper Dessin de la prise de température La façon la plus efficace de le chauffer est : Quand on a un mélange d eau et de glace, la température reste stable / diminue / augmente. La température affichée par le thermomètre est C. Quand toute la glace a fondu, la température reste stable / augmente / diminue. Conclusion des expériences : Tant que la... se transforme en., la température ne change pas / change : elle reste égale à.. C.
4 - changement d état liquide- gaz Matériel Casserole à bord hauts, un grand thermomètre ou un thermomètre à sonde pour la cuisson. Une plaque chauffante Ques2onnement : Que se passe- t- il si on chauffe de l eau? Quelle est la température de l eau quand elle bout? Si on azend assez longtemps, que se passe- t- il? Qu est devenue l eau qui était dans la casserole? Enjeu : comprendre que quand l eau bout, elle devient vapeur d eau. La vraie vapeur d eau est invisible. Le brouillard, la buée, les nuages sont visibles parce que ce sont des gou;ele;es d eau. Le thermomètre plongé dans l eau en ébulli1on de la bouilloire indique 100 C. Expérience devant les enfants de l ébulli2on de l eau : En salle avec plaque chauffante : on fait bouillir de l eau tranquillement Et on plonge le thermomètre dans l eau. Les premières bulles qui apparaissent sont celles des gaz dissous dans l eau, il faut a;endre l ébulli?on «à gros bouillons». Les élèves passent devant l expérience et note leurs observa1ons Der retour à sa place, dessin de l expérience et observa1ons Remarque n 1 : Comme dans le cas de la fusion de la glace, la température lue n est pas nécessairement celle qu on a;end (100 C). L important est qu ici encore, pendant toute l ébulli.on, la température sera stable. Remarque n 2 : le nuage ou brouillard visible qui s élève au- dessus de la casserole est composé de gou;ele;es d eau liquide. Ces gou;ele;es traduisent la présence de vapeur d eau (invisible) qui se condense en gougeleges d eau (visibles) dans l air ambiant, dont la température est très inférieure à 100 C. Conclusion : quand l eau bout, la température est stable vers 100 C C est la température de transforma2on de l eau liquide en eau gaz (ou vapeur d eau, qui est invisible (comme l air). Lecture avec un thermomètre à, sonde de cuisson. On lit 98 C (problème d étalonnage du thermomètre?)
Le point d ébulli1on de l eau Observa2ons expérimentales : entoure la bonne réponse ou complète. Dessin de l expérience de l ébulli2on de l eau Pour faire bouillir de l eau, il faut agiter / chauffer Quand l eau bout, la température reste stable / diminue / augmente. Que vois- tu dans la casserole? De l eau / des bulles / de l eau et des bulles La température affichée par le thermomètre est C. Qu as- tu observé? Tant que l eau..., la température ne change pas / change. Te souviens tu? Quand l eau est en train de changer d état (glace eau liquide ou eau liquide vapeur d eau), la température mesurée ne change pas. Vrai / faux