la matière

LA MATIERE

SA CONSERVATION SES TRANSFORMATIONS

1/ DONNEES THEORIQUES

Par matière, on entend tout ce qui est localisable et possède une masse. Dans notre environnement, la matière peut se présenter sous trois états :

*****solide

*****liquide

*****gaz

Dans l’univers, force est de constater que d’autre états de la matière existent : les plasmas ; les états superdenses...

propriétés de l’état solide :

ce qui différencie le solide des autres états de la matière, c’est la résistance qu’il oppose à des forces mécaniques et sa tendance à conserver un volume constant. Historiquement , cette première propriété a été utilisée dans l’armement et dans la fabrication d’outils ; les propriétés optiques sont connues depuis l’antiquité (transparence du verre, le polissage des métaux) ; plus récemment les propriétés électriques, thermiques et magnétiques des solides ont connu un essor certain.

propriétés de l’état liquide :

C’est l’état le moins bien connu des états de la matière ; il n’existe pas de définition précise de cet état mais seulement des propriétés permettant de le distinguer du solide ou du gaz.

La fluidité : les liquides ne résistent pas aux efforts mécaniques et sous l’action de la pesanteur, prennent la forme des récipients qui les contiennent.

propriétés de l’état gazeux :

Il s’agit d’un état de faible densité, où la matière est fortement compressible et soumis à un champs électrique faible, le gaz pur est un isolant parfait

températures de fusion

mercure -39°

glace 0°

plomb +327°

cuivre +1080°

point d’ébullition :

éther +35°

alcool +78°

benzène +90°

eau +100°

solubilité du sucre du sel de cuisine du salpêtre dans 1l d’eau

0° 180 g 360g 130g

20° 200g 360g 270g

60° 290g 410g

100° 490g 2470g

Le vocabulaire spécifique :

condensation

évaporation

fusion

la sublimation a été volontairement ignorée pour l’élémentaire

solidification

solution

décantation

filtration

émulsion

cristallisation

******* LES EXPERIMENTATIONS *******

essais de classifications selon une propriété :

change ou ne change pas de forme lorsque on le transvase

retrouver la matière principale dont il est constitué : bois, métal, plastique

reconnaître les matériaux malléables parmi un ensemble (se déforme ou ne se déforme pas )

distinguer sommairement solides et liquides

expériences autres :

eau ====> évaporation =====> condensation

haleine sur miroir

SITUATIONS PROBLEMES

Quels sont les corps qui se mélangent entre eux ?

matériel :

cristallisoirs

produits :

eau, sucre, sel , huile, alcool, farine, liquide vaisselle,

bonbons, stylos, bois, sable

Perrier ou Coca Cola, café, lait, colle en poudre (pour papier peint).....

méthodologie :

Travail de groupe (groupes de 4 ou 5 élèves)

questionner d’abord les élèves sur leurs représentations et faire remplir un tableau à double entrée sur leurs connaissances préalables

Dans un deuxième temps, leur faire vérifier leurs hypothèses

(rectification du tableau) après expérimentations

Troisième temps : confrontation des expériences menées par les différents groupes d’élèves.

Compte-rendu sur le cahier :

L’eau peut dissoudre des solides :

L’eau ne peut pas dissoudre les solides :

L’eau peut se mélanger avec des liquides

L’eau ne se mélange pas avec les liquides :

Le Coca cola se mélange avec le mais ne se mélange pas avec ........... ou avec .............

Si les produits se mélangent, la couleur peut ne pas être la même que celle de chacun des produits

Si des produits se mélangent, l’aspect peut ne plus être un liquide.

SITUATION PROBLEME

Quels sont les corps solides qui se dissolvent le plus dans l’eau ?

Matériel :

A partir de la situation initiale concernant la dissolution des solides, choisir quelques corps simples : sucre, sel fin, gros sel, poudre à laver, colle en poudre.

Tubes à essai

balance (si possible)

Agitateur ou paille

Méthodologie :

a) comment dissoudre le plus rapidement possible une quantité de produit solide ( la quantité doit être assez faible) ?

des propositions vont émaner du genre : agiter le tube, remuer la solution, souffler avec une paille....

b)remettre à chaque groupe une série de tubes à essai et des quantités mesurées de produit soluble (ou leur faire peser des quantités égales de produits)

Préciser la consigne :

Dans le premier tube, on ajoute à 100g d’eau

5g de sucre, on agite fortement, on observe

puis encore 5 g, on agite et on observe

Dans 100g d’eau, on peut dissoudre jusqu’à ....................................... de sucre

dans 100 g d’eau on peut dissoudre jusqu’à ..............................de sel fin

eau plus

sel sucre poudre colle

dans 100 g d’eau on peut dissoudre jusqu’à ..............................de poudre à laver

dans 100g d’eau on peut dissoudre jusqu’à ...............................de colle

c) refaire les mêmes expériences avec de l’eau très chaude (prévoir si possible un thermoplongeur ou une résistance chauffante)

Dans de l’eau chaude :

Dans 100g d’eau, on peut dissoudre jusqu’à ....................................... de sucre

dans 100 g d’eau on peut dissoudre jusqu’à ..............................de sel fin

dans 100 g d’eau on peut dissoudre jusqu’à ..............................de poudre à laver

dans 100g d’eau on peut dissoudre jusqu’à ...............................de colle

d) expérience effectuée par l’enseignant qui peut se faire aider des élèves pour les manipulations ou les lectures :

masse du sucre dissous (abscisse)

températures (ordonnée)

d) Observation d’une solution saturée

L’enseignant crée une solution saturée de sucre dans de l’eau et une autre de sel dans l’eau ( à 100°)

Que se passe-t-il lorsque le mélange refroidit ?

Que se passe-t-il lorsque l’on réchauffe le mélange ?

La solubilité d’un corps soluble dépend du corps lui même ; le ..............est plus soluble que .................. à la température d’eau.

Mais si la température de l’eau varie, la quantité de corps dissous est variable ; elle est plus importante lorsque......

Prolongements :

Cristallisation du sucre ou du sel :

On pourra remarquer au bout d’un temps assez long (environ 4 à 5 jours la formation de cristaux sur les trombones.

La solution peut également, pour hâter le refroidissement de la solution, être placée dans un freezer mais non dans le congélateur.

(Cette expérience peut se faire avec du sel ou du sucre., la taille des cristaux dépendant de la lenteur du refroidissement du liquide et de la durée d’évaporation de l’eau.)

Eviter da trop grandes quantités d’eau (100ml suffisent largement)

Autre prolongement :

Placer une solution non saturée au congélateur (20g de sel pour 100g d’eau).

Dès qu’apparaissent des glaçons, sortir la solution du congélateur.

Demander aux élèves ce que contiennent les glaçons.

Laver les glaçons afin d’enlever la saumure qui les entoure puis faire goûter les glaçons : ils ne contiennent pas de sel.

Autre prolongement : les marais salants.

COMMENT RENDRE UNE EAU PROPRE A LA CONSOMMATION ?

Après avoir vu que l’eau pouvait dissoudre certains produits, on propose aux élèves de réfléchir à la consommation de l’eau.

D’où vient l’eau que l’on boit ?

~ Ressources de l'eau. Pluie : 750 à 800 mm par an, soit 440 milliards de m3 (440 km3). Evaporation 264, reste 176 km' : [écoulement des fleuves, des rivières et des nappes souterraines vers la mer venant du Rhin et u Rhône (en amont de nos frontières) 25 km3] 4 000 m3 par personne et par an (Angl. 2 200 m3, Allemagne. 2 600, Pays-Bas 6 500, Suède 22 000). Le débit de la Seine varie de 680 m3/s à 185 m3/s en année normale et peut descendre à 80 m3 en année sèche. L'Hérault de 95 m3Js à 8,7 m3/s, à 3,5 m3 en année sèche. Nappes alluviales : Alsace 2 milliards de m3 (la plus importante d'Europe), Bassins aquitain et parisien, massifs karstiques (Grands Causses, Jura, Languedoc, Provence).

Prélèvement (en milliards de m5/an, 1989). Total: 41,4, 88 37,2 (dont 6,6 de nappe souterraine et 30,6 d'eau de surface) prélevés par distributeurs d'eau potable 5 9, centrales électriques. 21,3 agriculteurs 4,5, M3. non desservies par un distributeur d'eau 4,9. divers 4,8.

Principales utilisations (en milliards de m3, 1987). Ménages 3 d'eau potable et en rejettent I 6 dans les réseaux d’assainissement, agriculteurs 4,5, centrales électriques. 19,5, entreprises non raccordées 5,2, raccordées aux réseaux des distributeurs d'eau potable 0,8. Pertes et fuites (- de 25 %) 1,3 sur les réseaux des distributeurs d'eau potable.

Distribution publique d'eau potable en France (en litres par jour et par hab., 1987). Eau prélevée 283 eau consommée 214, dont usages domestiques 149.

Consommation (moyenne en 1 à chaque utilisation). Chassé d'eau 11. Arrosage jardin 17 par m2. Douche 60. Lave-vaisselle 80, Lave-linge 120. Lavage voiture 190. Baignoire 250.

~ Régime des eaux. Eaux appartenant à la collectivité. Domaniales: cours d’eau navigables ou flottables (fleuves et rivières) ou qui ne le sont plus, mais sont restés classés dans le domaine public fluvial ; bras de ces cours d'eau même s'ils ne sont ni navigables ni flottables. Est navigable fleuve ou rivière sur lequel peuvent circule ( péniches bateaux embarcations, canoë Est flottable fleuve ou rivière pouvant supporter flottage de radeaux ou de trains (pièces de bois assemblées).

Ecoulement naturel des eaux. Eaux qui coulent naturellement. Eaux des canaux de navigation (ex. : canal du Rhône et du Rhin), des étangs ou réservoirs d'alimentation des ports publics.

Eaux courantes. Rivières : sur des propriétés privées, le lit appartient pour moitié aux propriétaires riverains, mais l'eau ne leur appartient pas, ou n'ont qu'un droit d'usage, Eaux soumises a un régime mixte : le lit appartient pour moitié aux riverains, le droit d'usage appartient à l’état et non aux riverains ; eaux de pluie, de source, infiltrations, résurgences, eau de la fonte des neiges. Sont exclues : les eaux usées (ménagères et industrielles).

Chaque propriétaire doit recevoir les eaux venant des fonds voisins. On ne peut s’y opposer en élevant une digue ou un mur. Le propriétaire du fonds supérieur peut modifier cet écoulement si cela n’entraîne pas de préjudice supplémentaire pour son voisin. Litiges: jugés par le tribunal de grande instance,

Eaux pluviales. « Chacun peut user et disposer des eaux pluviales qui tombent sur son fonds » sans causer de dommage au fonds inférieur. Eaux tombant sur les toits. On doit les rejeter sur son terrain ou sur la voie publique.

Eaux de source. Celui qui possède une source peut en user à volonté dans les limites et pour les besoins de son héritage. Exceptions : 7 J Si la source donne naissance à un véritable cours d eau : il ne peut détourner les eaux de leur cours naturel au préjudice des usagers inférieurs. 2 J Si le propriétaire. inférieur a prescrit l'usage de l eau (ex. : réalisé un ouvrage sur le terrain où jaillit la source), depuis au moins 30 ans. 3 J Si l’usage de l'eau de la source est nécessaire aux habitants de la localité : ville, village, hameau. Une commune peut exproprier le terrain ou la partie du terrain où jaillit la source. Litiges : jugés par le tribunal d'instance, sauf s'il y a expropriation(le juge de l'expropriation est compétent). Le préfet établit par arrêté (après avis de l'hydrogéologue agréé) : un périmètre de protection immédiate autour de la source (où les terrains sont expropriés) ; rapprochée (où peuvent être interdits forages, exploitations de carrières, épandages d'engrais chimiques, etc.) ; éloignée (où sont seulement réglementées les activités pouvant polluer le sous-sol).

Les élèves , après avoir réfléchi puis lu ce texte seront amenés à proposer des solutions vraisemblables :

on ne peut toujours utiliser l’eau de pluie

on ne peut, telle quelle, utiliser l’eau de la mer, des rivières...

Seules les eaux de source , de fonte de glaciers ou de puits pourraient éventuellement convenir.

COMMENT TRAITER L’EAU ?

Expériences :

Ballon n°1 : Ballon d’eau préparée en versant divers produits tels terre, sable, des feuilles, et un produit soluble coloré .

Ballon n°2 : Ballon d’eau dans lequel on aura fait cuire des pommes de terre (environ 2 pommes de terre pour 5 litres d’eau et dans lequel aura été dissous environ 300g de sel)

Questions : comment rendre l’eau propre ; cette eau est elle propre à la consommation ?

Remettre à chaque groupe : cette eau, des récipients , du coton, des filtres, un entonnoir.....

les élèves réaliseront divers protocoles dont ceux concernant la décantation et la filtration.

Protocole :

Observations:

Goûter l’eau contenue dans le tube n°2, remarque :

aménagés dans des zones ensoleilles. Les grandes mares (en Atlantique) amènent l’eau de mer par des chenaux ou tiers sur des vasières (de 50 ares plusieurs ha), qui servent de réservoir (se réchauffe et se concentre par évaporation-en même temps que la vase, en suspension, sedépose). L’eau atteint (sur env. 20 cm) 18 C pour une salinité de 34 %marais de Guérande) l’entre dans la vasière , et 22 C et 40 %o de salinité sa sortie lorsqu’elle entre, par gravit, dans un bassin ( corbier Guérande) ayant des cloisons en chicane. L’épaisseur d’eau ne dépasse pas 5 cm ; évaporation et décantation se poursuivent. A sa sortie vers la saline l’eau atteint 20 C et 50 %o de salinité. Après être passée entre de multiples chicanes, elle peut parvenir aux illets (concentrations de sel de 250 g par litre). A ce moment se forment les cristaux de gros sel qui tombent sur le fond et parfois des cristaux fins et légers, qui flottent en surface ( fleur de sel très recherchée). PRODUCTION (1985). ‘ »manie : l 622 000 t dont aux Salins de Giraud, Aigues-Mortes 490 000, Berre 42 000, Lapalme 000. Guissan 28 500, Les Pesquiers 23 000, Ste-Lucie 19 000. Atlantique : 13 000 t (très petites exploitations) :

Conclusions :

Les matières plus lourdes que l’eau ...........................

Certaines matières restent en suspension dans l’eau.

Dans le tube1 :

le filtre retient............

le filtre laisse passer......

l’eau est...................

Dans le tube 2 :

le filtre retient...............

l’eau est ......................

MAIS l’eau .........................................car si on la goûte, elle contient ................................

Expérience :

distillation de l’eau

matériel : ballon d’eau salée, bouteille d’eau minérale

plaques électriques et casseroles.

Dans un premier temps faire lire diverses étiquettes d’eau minérale. Les élèves remarqueront qu’il existe dans l’eau minérale des corps (nommés anions et cations).

Faire évaporer totalement l’eau du ballon d’eau salée et le ballon contenant de l’eau minérale.

Expérience à réaliser par l’enseignant :

Utiliser un ballon d’eau salée ou sucrée, faire goûter l’eau avant puis ensuite faire goûter l’eau du tube à essai.

Expérience : Décrire l’expérience :

Cette expérience classique est assez simple à réaliser mais nécessite des précautions, en particulier concernant les risques de brûlures. Ne pas utiliser, comme je l’ai vu faire, une Cocotte-Minute avec un branchement réalisé sur l’échappement de vapeur (risques de brûlures graves, la vapeur sortant à 120°).

Une fois l’eau refroidie dans le tube à essai, la faire goûter.

Conclusion :

Expérience : Description de l’expérience :

Conclusions

Prolongements en biologie :

Observer au microscope ou à la loupe binoculaire une goutte d’eau de rivière, de bouillon et constater qu’en plus de produits dissous, vivent dans cette eau des animaux ou des plantes microscopiques ; ajouter dans les liquides une goutte d’eau de javel et constater.

Conclusion générale sur les éléments contenus dans l’eau :

Usine de traitement des eaux

remet les étiquettes à leur place

SYNTHESE :

LE CYCLE DE L’EAU

Ce schéma classique peut être aisément reconstriut par des élèves de CM.

On peut complèter cette série d’expériences par des lectures ou des prolongements en biologie :

le rôle de l’eau dans la vie des plantes ; les besoins en eau des êtres vivants.

En géographie : la répartition de l’eau dans le monde et montrer par certains aspects que l’eau est un bien précieux inégalement réparti à la surface de la Terre ; les besoins en eau potable ne sont pas satisfait dans nombre de zones climatiques.

Recherche sur les oasis.

Dans la vie courante, il est également possible de prolonger sur les circuits de distribution de l’eau, la chasse au gaspillage de l’eau et également lire diverses étiquettes concernant la composition des eaux que l’on boit.

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