Une classe (avec un évier) est très facilement transformée en un laboratoire temporaire. Bien que nous offrions un éventail d’expériences, les plus populaires sont celles qui sont destinées à améliorer la manipulation, la recherche et le travail en équipe, et aussi accroître la sensibilisation à la sécurité vis-à-vis des produits chimiques. Ces expériences sont décrites plus loin.
Plusieurs enseignants d’écoles secondaires reconnaîtront les expériences, mais le but de les pratiquer en école primaire n’est pas de demander aux élèves de produire un compte-rendu. Ils peuvent le faire plus tard avec leur enseignant. Mais le point principal est de montrer aux enfants, le coté amusant et intéressant que la science peut offrir.
Note: Tous les produits chimiques doivent avoir une fiche sécurité réalisée par les personnes menant les expériences et doivent prendre en compte les conditions locales. Les instituteurs qui ne possèdent pas des connaissances en chimie peuvent préférer obtenir les solutions suivantes de collègues d’écoles secondaires locales.
Rechercher les propriétés d’une masse visqueuse et de polymorphe
La masse visqueuse est fabriquée en mélangeant des solutions de Borax et d’alcool polyvinylique (APV), ensuite on ajoute quelques gouttes de colorant alimentaire. En changeant la proportion de Borax on change les propriétés physiques de la masse visqueuse. Cette expérience (plutôt dégoûtante) est très populaire avec les enfants.
Le polymorphe est un matériel thermoplastique qui peut être modelé à une température relativement basse de 62°C.
Materiel
Pour deux classes de 35 élèves travaillant en paires, vous aurez besoin de 3L de solution APV et 2L de solution Borax.
Pour faire 1L de solution d’APV:
- Prendre 40g d’Alcool Polyvinylique et ajouter de l’eau jusqu’à obtenir un volume d’1 L.
- Remuer pendant que la température dans l’eau augmente de 40º à 90ºC (au moins 1h). Pour accélérer la réaction, couvrir le bêcher d’aluminium afin de contenir la chaleur.
Pour faire 1L de 4% de solution de Borax:
- Prendre 40g de Borax et ajouter de l’eau jusqu’à obtenir un volume total d’1 L.
- Remuer.
Note: Borax est aussi appelé borate de sodium ou tetraborate de sodium, il est généralement utilisé dans les détergents, les purificateurs d’eau, les savons et désinfectants.
Le polymorphe peut être acheté à Middlesex University Teaching Resources, Grande-Bretagnew3, pour €30/kg. Une portion de 4-5g est donnée à chaque élève (dans des tubes individuels).
Méthode
Les élèves doivent:
- Verser 1cm de solution APV dans un verre en plastique jetable (utiliser les marques visibles sur le verre, la solution est trop visqueuse pour utiliser une éprouvette graduée).
- Optionnel: ajouter 3-5 gouttes de colorant alimentaire et remuer.
- Ajouter un volume de Borax, rigoureusement mesuré et remuer.
Au départ, dire à chaque paire d’utiliser un volume fixe de Borax-entre 4 et 10 ml.
- Avec des gants, sortir la masse visqueuse du verre en plastique et regarder ses propriétés tactiles en l’étirant.
Présenter aux élèves le polymorphe thermoplastique. Il vient sous forme de granulés blancs qui, quand plongés dans de l’eau chaude (supérieure à 62°C), peuvent être modelés en formes intéressantes telles que des poissons, des oiseaux ou -pour les moins imaginatifs- des balles. Les balles faites de ce matériel rebondissent différemment selon que le polymère est toujours chaud ou qu’il ait reformé ses liaisons dans la forme initiale.
L’expérience cinétique à l’iode
Avec cette expérience, les enfants explorent la dilution et apprennent comment mesurer des volumes de façon correcte afin de provoquer le changement de couleur de la réaction chimique après exactement 30 secondes. Cette activité est menée sous forme de compétition qui se doit d’être amusante pour les enfants.
L’expérience utilise deux solutions nommées simplement solution A et solution B (voir-plus bas). Les noms des produits chimiques ne sont pas mentionnés pour éviter la confusion chez les enfants. Les élèves ont trois petits béchers à moitié remplis avec les solutions A, B et de l’eau (E) avec les éprouvettes graduées respectivement étiquetées.
Matériel
Pour deux classes de 35 élèves, vous avez besoin de 4L de chaque solution.
Pour faire 4 L de solution A, mélanger les produits suivants et ajouter de l’eau pour obtenir un volume total de 4 L:
- 0,2 g d’amidon soluble
- 30 ml acide ethanoïque (acide acétique glacé)
- 4,1 g d’ethanoate de sodium (acétate)
- 50 g iodure de potassium
- 9.4 g de thiosulphate de sodium
Pour faire 4L de solution B, prendre 200 ml (30%, aussi décrite comme 100 Vol) de peroxyde d’hydrogène et ajouter de l’eau pour obtenir un volume de 4 L.
Méthode
Vérifier que chaque paire possède l’équipement approprié et sait utiliser un chronomètre, ensuite montrer la réaction sans dilution. Mélanger ensemble 15ml de solution A et solution B. Le mélange deviendra noir après quelques secondes.
Discuter de l’effet d’ajouter de l’eau à la réaction. Utiliser les termes tels que « moins concentrée » et « plus diluée » dans l’explication, afin que les élèves puissent visualiser ce qui se passe. Donner toutes les instructions à l’oral pour maximiser le temps passé à faire l’expérience.
Défier les enfants de faire changer la réaction en couleur noire après un temps précis. Cibler un temps compris entre 30 et 60 secondes. Donner à chaque paire d’enfant un temps à atteindre différent.
Bien que l’expérience ne soit pas strictement un test juste puisque le volume ainsi que la concentration du mélange change, cette expérience suscite l’intérêt des élèves, tout en leur apprenant comment mesurer, rechercher et travailler en équipe. Si nécessaire, il est possible d’offrir un prix aux meilleurs élèves.
Il est possible de rendre cette expérience plus complexe pour les étudiants du cycle secondaire, par exemple en insistant sur le fait que la solution B doit être diluée de telle manière que le même volume de solution B soit utilisé à chaque fois, ce qui est plus juste scientifiquement.
A la fin de l’expérience, verser soigneusement la solution d’iode formée dans l’évier et rincer. Essuyer et réutiliser les béchers. Si vous ne possédez pas d’évier, utilisez un seau (dans lequel vous placerez des cristaux de thiosulfate de sodium qui réagira avec l’iode) et jeter la solution dans les toilettes à intervalles.
Dilution d’acide
Les élèves aiment rechercher l’effet de diluer un acide dans sa réaction avec du magnésium, particulièrement parce qu’ils peuvent récupérer le gaz hydrogène et le faire légèrement exploser en l’enflammant, à la fin.
Matériel
- Ruban de magnésium de 2 cm de longueur. Chaque élève a besoin de 5 morceaux.
- Environ 2L des quatre concentrations d’acide chlorhydrique (HCl), voir plus bas.
Table 1: Concentrations d’acide chlorhydrique
| Concentrations approximatives (molaire, M) |
Volume d’11 M d’acide chlorhydrique (ml) |
Volume d’eau (L) |
| 2.0 |
364 |
2 |
| 1.5 |
273 |
2 |
| 0.1 |
182 |
2 |
| 0.5 |
91 |
2 |
Méthode
Les élèves doivent:
- Mesurer 10 ml d’un acide et les verser dans un tube à essai.
- Ajouter un morceau de magnésium, déclencher le chronomètre et l’arrêter quand la solution ne produit plus de bulles.
- Ecrire les résultats et convertir le temps en seconde.
- A la fin de la session, utiliser le dernier morceau de magnésium et piéger le gaz hydrogène libéré pendant la réaction, avec un deuxième tube à essai, ensuite avec une brindille préalablement enflammée, enflammer le gaz en faisant attention.
- Comparer les résultats de cette expérience avec l’explosion des ballons d’hydrogène réalisée lors de la présentation dans le halle de l’école.
Quand nous faisons cette expérience, les étudiants en thèse montrent aux élèves comment enflammer le gaz et les supervisent soigneusement quand ceux-ci le font eux même.
