Chimie Limonade Maubeuge Valenciennes

5/17/2018 Chimie Limonade Maubeuge Valenciennes - slidepdf.com

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Les sciences à l’école

Apprentissage des sciences par la réalisation de manipulationssimples

Observation – Construction - Expérimentation – Explication

Cycle 2 et Cycle 3

Chimie ExpérimentaleEric Langlet ([email protected])

ElectricitéFranck Ebel ([email protected])

MécaniqueDidier Moraux ([email protected])

Institut Universitaire de Technologie

Département Mesures Physiques

Antenne de Maubeuge

Université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis

« Celui qui ne comprend pas et qui le dit, est celui qui fait le plus évidemment preuve

d’intelligence, car il a compris qu’il n’a pas compris et c’est ce qui est le plus difficile à

comprendre. Remercions-le, car il fait un cadeau à tous ceux qui, autour de lui, croyaient, à tort, avoir

compris. »

Raymond Devos

IUT Mesures Physiques, Z.I. du champ de l’abbesse, 59 600 MaubeugeTél : 03 27 53 17 70, Télécopie : 03 27 64 74 95, Mél : [email protected]

Site web : www.univ-valenciennes/IUT/iutmph

Les sciences à l’école – Université de Valenciennes – E. Langlet, F. Ebel, D. Moraux – mai 2003 1



La chimie expérimentale

Chimie 1 : Qu’est ce que la limonade ?Chimie 2 : acidité – basicité appliquée aux boissons et à la qualité de l’eau

Eric LangletProfesseur Agrégé en Chimie

Université de Valenciennes et du Hainaut Cambré[email protected]

IUT Mesures Physiques, Z.I. du champ de l’abbesse, 59 600 MaubeugeTél : 03 27 53 17 70, Télécopie : 03 27 64 74 95, Mél : [email protected]

Site web : www.univ-valenciennes/IUT/iutmph




Chimie Expérimentale

Les expériences proposées sont des idées d’expériences de chimie en primaire.

Le choix de ces idées s’est fait en suivant 4 lignes directrices.

Des produits disponibles facilement

Des produits non dangereux

Des expériences en relation avec la vie quotidienne des élèves

Des liens possibles avec les programmes

Ce ne sont que des idées d’expériences qui sont à adapter pour travailler avec des élèves de primaire

en fonction des affinités, des choix de chacun ainsi que du type de public.

La plupart des expériences peuvent être réalisées par les élèves eux-mêmes et peuvent se faire dans

différents sens.

Les questions posées peuvent être une sorte de questionnement ou de piste de questionnement pour

les élèves.

Les expériences présentées sont regroupées en 2 thèmes :

Premier thème : qu’est-ce que la limonade ? Deuxième thème : acidité – basicité appliquée aux boissons et à la qualité de

l’eau.

Premier thème : qu’est-ce que la limonade ?Essayer de trouver ce qu’il y a dans une limonade et essayer de refaire une boisson « proche ».

Faire une solution d’eau sucrée

Faire des bulles dans une eau sucrée ou comment « fabriquer un gaz » ?

Ajouter du jus de citron dans l’eau sucrée

Deuxième thème : acidité – basicité appliquée aux boissons et à la qualité de l’eau. Faire du jus de chou rouge

Classer les produits courants (essentiellement alimentaires) en produits acides, basiques et

neutres.

Qualité des eaux selon le critère de l’acidité

Comment rendre ces eaux potables ?

Parties des programmes concernées : (plus au niveau cycle 3 mais adaptable au cycle 2)

Mélanges et solutions

Education à la santé

Qualité de l’eau Gaz (changements d’état de l’eau – air)




LISTE DU MATERIEL NECESSAIRE.

Les produits et le matériel nécessaires sont des produits simples disponibles en grande surface et

peu coûteux.

Pour les expériences, on peut donner comme matériel commun :

Une bassine

Des verres ou gobelets en plastique transparents (ni vaisselle à faire ni casse)

Des bouteilles d’eaux minérales ou de sodas en plastique vides

Produit vaisselle pour laver les verres à la fin

Eponge

Couteaux

Petites cuillères

Chiffons

Outre ce matériel, il y a toujours une liste donnée pour chaque expérience même si le contenu esttrès simple afin de pouvoir regrouper rapidement les produits et le matériel nécessaires.

Enfin, pour protéger les vêtements des taches (jus de chou rouge, sodas), on peut utiliser

l’habillement utilisé en arts plastiques (tabliers ou sacs poubelles).




Chimie 1

Qu’est ce que la limonade ?

On peut dire que la limonade est un « produit naturel synthétisé », c’est-à-dire un produit formé à

partir de l’association de substances que l’on peut extraire de la nature. C’est donc en quelque sorte

le produit chimique idéal.

1 - Observations - questionsAvez-vous déjà bu de la limonade ? Que buvez-vous chez vous ? Qu’est-ce que la limonade ?

On peut répondre à cette question par le goût (un peu piquant), l’observation (les bulles) et, surtout,

par la lecture de la composition sur l’étiquette.

2 – Composition d’une limonadeOn peut lire sur une étiquette : « eau gazéifiée, sucre, acidifiant : acide citrique, extraits naturels

de citron et arôme naturel ».

On va donc essayer de reconstituer une limonade pour illustrer différentes techniques utilisées en

chimie (dissolution, filtration, réaction chimique…).

3 – Expériences

Faire de l’eau sucréea) Matériel - produitsVerre, eau minérale, sucre en morceaux (ou en poudre)

b) ManipulationMettre 4 à 5 morceaux de sucre (voir page 19 du Que choisir cité ci-dessous) dans un verre d’eau.

Observer le résultat sans et avec agitation.

c) Explications et questions Pourquoi agiter ? Sans rentrer dans des détails inutiles, c’est simplement pour mettre en contact

le maximum de sucre (« les molécules ») avec l’eau. On peut faire une analogie avec les

mélanges de peinture. Si l’on prend du jaune puis qu’on dépose un peu de bleu au-dessus alorson n’obtient rien. On mélange ensuite le jaune et le bleu. On obtient du vert car jaune et bleu

sont en contact.


Après

agitation



Pistes de réflexion : quantité de sucre dans les boissons, éducation à la santé et à l’hygiène.

Les bulles dans la limonadea) Matériel - produitsEau gazeuse (de préférence très pétillante type « Perrier »), eau plate, bicarbonate de soude (souventavec le sel de cuisine en grande surface), vinaigre, citron (éventuellement presse-agrumes),

limonade, petite bouteille en plastique ou en verre, cuillère à café, paille.

b) Manipulation

Qu’est-ce qu’un gaz ? Donner des exemples de l’existence des gaz.

Pour la réponse, « le vent », on ne peut pas l’illustrer dans ce cas. Par contre, pour « gonfler un

ballon de baudruche » , on prend un ballon que l’on place sur le goulot de la bouteille d’eau gazeuse

ou de limonade (de préférence). Le ballon se gonfle légèrement en agitant un peu la bouteille.

Remarque : ne pas espérer que le ballon soit très gonflé. Il n’y a pas suffisamment de gaz et de pression.

Fabriquer un gaz.

Recommencer dans une petite bouteille. Mettre 2 cuillères à café de bicarbonate de soude puis

verser du vinaigre dessus puis placer le ballon.

Comment introduire du gaz dans l’eau sucrée ?

3 possibilités

Prendre l’une ou l’autre des 2 expériences précédentes (de préférence la deuxième) dans une petite bouteille en plastique ayant un bouchon percé d’une paille. Fermer rapidement la bouteille puis faire

buller dans l’eau sucrée préparée précédemment.

Avantage : méthode proche de ce qu’il se fait réellement.


Limonade Limonade



Inconvénient : dès qu’on arrête l’expérience, il n’y a plus de bulles dans l’eau sucrée.

Ajouter du bicarbonate dans l’eau sucrée. Le dissoudre puis ajouter du jus de citron. Il y a formation

de bulles. Avantage : il y a des bulles plus longtemps dans l’eau sucrée.

Inconvénient : méthode plus éloignée de la réalité et donnant, a priori, un mauvais goût.

Prendre le ou les ballons gonflés précédemment (voir un ballon gonflé avec la bouche) puis le vider dans l’eau.

Avantage : méthode proche de ce qu’il se fait réellement (« bouteille de gaz »).

Inconvénient : dès qu’on arrête l’expérience, il n’y a plus de bulles dans l’eau sucrée et

manque d’hygiène. pour la suite.

c) Explications et questions Pourquoi n’y a t’il plus de bulles dans l’eau au bout de quelques instants ou de quelques minutes

dans une vraie eau gazeuse ?

Le gaz présent dans les boissons gazeuses est du dioxyde de carbone. Dans la réalité, il est

introduit sous pression (pour un élève de primaire, on peut dire qu’on met beaucoup de gaz dans les

bouteilles en usine) dans les boissons gazeuses afin de dissoudre beaucoup de gaz dans l’eau. En

ouvrant une bouteille de boissons gazeuses, la pression diminue et la majeure partie du gaz va se

libérer. C’est pour cette raison que notre gaz ne restera pas dans notre eau sucrée puisqu’on ne

l’introduit pas sous pression.

Le vinaigre réagit sur le bicarbonate de soude selon une réaction entre acide et une base

identique à l’effervescence de certains aspirines ou d’un acide sur de la craie.

Comment ajouter de l’acide citrique et du citron ? a) Matériel - produitsCitron, eau gazeuse sucrée obtenue à la suite des expériences précédentes ou en ajoutant 4 ou 5

morceaux de sucre dans de l’eau gazeuse, citron (éventuellement presse-agrumes), filtre à café.

b) Manipulation Faire un jus de citron puis l’ajouter à la solution d’eau « gazeuse » sucrée. Goûter, attention, la

boisson ne peut pas être toxique mais peut avoir un goût exécrable.

Comment obtenir une solution ressemblant visuellement à la limonade ?

Il reste des traces de pulpe de citron dans la solution. Il faut filtrer grâce à un simple filtre à café lasolution.




c) Explications et questions

Dans l’industrie agro-alimentaire, on ajoute de l’acide citrique pur. Nous nous contenterons del’acide citrique contenu dans le citron (exercice d’étymologie ?).

Les questions de filtration et d’agitation peuvent paraître anecdotiques et simples mais elles sont

plus complexes et plus intéressantes dans les faits. En effet, si filtrer ou agiter un verre d’eau est

simple et rapide, la filtration ou l’agitation dans l’industrie (notamment agro-alimentaire) est plus délicate car les quantités sont beaucoup plus importantes et la viscosité, parfois beaucoup

lus élevée.

4 - Aller plus loina) Commentaires

Une autre méthode de fabrication de gaz (toujours le dioxyde de carbone) est la levure

chimique qu’on utilise dans les gâteaux. C’est un mélange de bicarbonate de soude et de

pyrophosphate de sodium.

L’acide citrique est un additif (code E 330) classé parmi les conservateurs.Il permet de diminuer le pH des boissons et le goût sucré. Les « softs drinks » sont riches en sucres

et en éléments nutritifs. Un développement microbien dans les « softs drinks » est donc possible.

L’acide citrique permet de diminuer le pH jusqu’à 2,5. Or, on sait que le développement des levuresest inhibé sous pH=2,9.

Acide citrique : un des acides présents dans le citron, obtenu industriellement par la

biotechnologie ( fermentation sur un substrat de mélasse de cultures d’aspergillus niger).

Mélasse : liquide sirupeux contenant environ 40 à 50% de sucre ; c’est le sous-produit noncristallisable de la fabrication du sucre.

Expérience supplémentaire possible : principe des anciens extincteurs à eau où une capsule de

base carbonatée (bicarbonate de sodium par exemple) tombait sur dans le mélange eau et acide

sulfurique (à remplacer par du vinaigre) ou inversement pour former du dioxyde de carbone et

donc l’augmentation de la pression et l’expulsion de l’eau.

b) Bibliographielimonade.com

omarlechi.net/ency/limonade.htm

Chimie industrielle, Robert Perrin, Jean-Pierre Scharff , éditions DUNOD

Que choisir 402 – mars 2003 – pages 16 - 24




Chimie 2

Acidité et basicité appliquée aux

boissons et à la qualité de l’eau

1 - Observations - questionsOn fera d’abord les expériences puis on introduira les notions sur l’acidité.

2 – ExpériencesFaire du jus de chou rouge

a) Matériel - produits

Bouteille en plastique, robot, chou rouge.

b) Manipulation

Prendre quelques feuilles de chou rouge. Les couper grossièrement. Les hacher au robot avec de

l’eau du robinet (environ un verre). Hacher au maximum puis remplir une bouteille de 1,5L en

plastique. Ajouter à nouveau de l’eau puis hacher. Recommencer une fois puis compléter la

bouteille avec de l’eau. Ce jus violet se conserve environ 2 à 4 semaines.

Remarque : il n’est pas nécessaire de filtrer. Il faut, au contraire, conserver un peu de pulpe dans la

bouteille.

Classer les produits courants en acides, bases et neutresa) Matériel - produitsGobelets transparents (ou verres) : environ 10 par élève ou groupe d’élèves.

Produits :

Groupe A : eau gazeuse, eau du robinet, eau minérale.

Groupe B : limonade, citron (jus de préférence) (voire pamplemousse), « soft-drinks » type

coca-cola ou Schweppes, vinaigre blanc et coloré.Groupe C : craie ou calcaire (à écraser en poudre, par exemple en grattant avec le plat d’uncouteau une craie), bicarbonate de soude (souvent avec le sel de cuisine en grande surface).

Groupe D : lessive liquide à diluer dans de l’eau, DESTOP en poudre.

b) Manipulations Vérification qu’on utilise du jus de chou rouge.

Faire sentir le jus !Les sciences à l’école – Université de Valenciennes – E. Langlet, F. Ebel, D. Moraux – mai 2003 9

Robot mixeur



Réactions

Verser un peu de jus de chou rouge dans tous les gobelets. Prendre les réactifs des groupes A, B et

C et les verser dans le désordre (ne pas faire tout le groupe A puis tout le groupe B…) dans lesgobelets.

L’enseignant réalise lui-même les expériences avec le groupe D (attention à la sécurité !). Noter les résultats puis demander aux élèves de regrouper les gobelets (et donc les produits) comme

ils le veulent.On peut penser que 2 classements peuvent être trouvés : en fonction de la couleur ou en fonction de

« comestible » - « non comestible ». Si le deuxième est choisi, demander à faire un nouveau

regroupement à l’intérieur de celui-ci.En fonction de la couleur, on trouve donc :

Couleur rouge : groupe B (le coca est rouge foncé).

Couleur violette : groupe A

Couleur bleue : groupe C (en fonction des quantités) sachant qu’avec la craie se sera

bleu-blanc et lessive

Couleur verte ou jaune : DESTOP

Conclusions : les élèves connaissent un groupe, le B grâce au citron (quel est le goût du citron ?Qu’est ce qu’on ressent quand on a du citron sur la main ?). C’est le groupe des acides.

La couleur violette est celle des produits neutres. La bleue et la verte est celle des bases.

Une fois, ces notions introduites, on peut constater que les produits « comestibles » sont acides ou

neutres et les produits « non comestibles » basiques.


Pourquoi le chou rouge change de couleur ?

Le chou rouge contient une molécule (appelée anthocyanidine) qui change de couleur en fonction de

l’acidité. A chaque changement de couleur, il y a une réaction entre l’acide ou la base et cette

anthocyanidine. Ce sont les mêmes molécules qui interviennent dans la couleur des hortensias( roses en sol acide, bleus en milieu basique).

Autres substances utilisables.

On cite dans la littérature l’artichaut (incolore en milieu acide, jaune en milieu basique), la

betterave rouge (rouge en milieu acide, jaune en milieu fortement basique, c’est-à-dire du

DESTOP®), la rose rouge (rose violacé en milieu neutre, rouge orangé en milieu fortement acide).

Je n’ai pas testé ces substances dont les couleurs sont moins variées mais si certains les testent, jeserais heureux que vous m’indiquiez par email les résultats.

De même, on pourrait essayer dans le cadre d’une action « jardinage » de faire pousser des

hortensias en milieu acide (beaucoup d’humus) ou en milieu basique (amendement avec du calcaire

ou un peu de chaux).

Qu’est-ce que l’acidité ou la basicité ?

Chimiquement, c’est la capacité à libérer ou à accepter des ions hydrogène.On classe les milieux acide, neutre et basique en fonction d’une grandeur, le pH ou potentiel en

hydrogène, qui se mesure grâce à des appareils dédiés ou des indicateurs colorés (auparavant

comme le jus de chou de rouge, aujourd’hui avec des produits synthétisés).

On a :

Milieu Acide Neutre Basique pH PH < 7 PH = 7 PH > 7

Pratiquement, l’intérêt de connaître l’acidité ou la basicité des espèces est que :




Un acide et une base réagissent ensemble pour donner soit un milieu acide, soit un milieu

basique, soit un milieu neutre en fonction des quantités.

Acide et acide ou base et base ou neutre et neutre ne réagissent pas ensemble et restent acide,

base ou neutre (cf. expérience suivante).

Exemples :

Biologie

L’organisme est essentiellement un milieu neutre ou acide donc les produits comestiblesessentiellement neutres ou acides auront une action faible (en quantité limitée). Pour faciliter la

digestion, on peut utiliser du bicarbonate de soude qui réagit avec les acides pour former du

dioxyde de carbone.

EcologieLes pluies acides sont des pluies « contenant des composés soufrés (dioxyde de soufre transformé

en acide sulfurique) et azotés (oxydes d’azote transformés en acide nitrique) ». Leurs conséquences

seront plus rapides et plus radicales sur des sols déjà acides que sur des milieux basiques. Dans le premier cas, l’acidité « se renforce » menaçant fortement la vie végétale. Dans le second cas, il y

aura d’abord une neutralisation.

MatériauxPour détartrer une cafetière (« tartre = calcaire »), on ajoute un acide (vinaigre ou sachets) sur une

base (le calcaire). Il y a formation de bulles de dioxyde de carbone. Il y a la même réaction sur des

pierres calcaires ou du marbre.

Autres acides et bases « domestiques »On peut citer la basicité de l’Eau de Javel (même si ce n’est pas cette propriété qui est utilisée dans

l’action de celle-ci) ou l’acidité des anti-calcaires (type Viakal), de l’acide sulfurique des batteries.

On n’utilisera pas ces produits dans les expériences. Leurs concentrations sont souvent trop

élevées et, de plus, le mélange de l’Eau de Javel avec un acide est très dangereux.

Mélange des produits acides, neutres et basiques.a) Matériel - produitsCeux de l’expérience précédente.

b) ManipulationRetirer d’abord les gobelets avec le DESTOP et la lessive.

Demander ensuite aux élèves de mélanger (comme ils le veulent !) les différents gobelets et de noter les résultats.

En fonction des élèves, les résultats seront différents. On pourra avoir les résultats suivants :Gobelet 1 Gobelet 2 Résultat

Rouge Rouge RougeViolet Violet Violet

Bleu Bleu Bleu

Rouge Violet Violet ou rouge

Bleu Violet Bleu ou violetRouge Bleu Rouge ou violet ou bleu

Pour l’interprétation, voir l’expérience précédente, c’est-à-dire :

Gobelet 1 Gobelet 2 Résultat

Acide Acide Acide Neutre Neutre Neutre

Base Base Base

Acide Neutre Neutre ou acide




Base Neutre Base ou neutre

Acide Base Acide ou neutre ou base

L’objectif est donc d’introduire la notion de réaction chimique (transformation de la matière), de

relier acidité – basicité - neutralité et d’aborder les notions de quantité.

Remarque 1 : le résultat des 3 dernières expériences sera variable en fonction des différents élèves

en fonction des quantités. Ne pas essayer cependant de faire des mesures avec des volumes en disant par exemple qu’un volume de bleu plus un volume de rouge donne violet car les produits n’ont pas

la même concentration (par exemple, un volume de vinaigre est beaucoup lus concentré qu’un

volume de jus de citron).

Remarque 2 : il peut y avoir formation de beaucoup de bulles avec le gobelet « bicarbonate de

soude ».

Qualité des eaux selon le critère de l’acidité

Et

Comment rendre potable les eaux ?

Ces expériences seraient peut-être à faire dans une autre séquence.

a) Matériel - produitsMatériel des expériences précédentes.

b) Manipulation

Mesurer l’acidité de l’eau du robinet (ou éventuellement faire ramener par chaque élève l’eau

de leur maison) ou de l’eau de pluie recueillie régulièrement grâce au jus de chou rouge.

Donner de l’eau non potable (eau et vinaigre mais sans donner la composition) et demander comment la rendre « potable » avec soit du bicarbonate soit du vinaigre.


L’eau potable doit être au niveau de l’acidité neutre ou très légèrement acide ou trèslégèrement basique ( pH compris entre ).

La suite de ces 2 expériences peut éventuellement être la visite d’une station d’épuration ou une

station de pompage qui montrera que les traitements pour rendre une eau potable sont beaucoup

plus complexes et complets.




4 - Aller plus loinBibliographie scientifique

Chimie industrielle, Robert Perrin, Jean-Pierre Scharff , éditions DUNOD

Chimie de l’environnement, Air, Eau, Sols, Déchets, Bliefert, Perraud , éditions De Boeck

Université

Ecolochimie, André, Dartiailh, Maksud, Pak Blanes, Fournier , éditions Cultures et TechniquesChimie des couleurs et des odeurs, Capon, Courilleau, Valette, éditions Cultures et Techniques

CONTACTS ET COMMENTAIRES

Si vous avez des questions sur ce document, si vous désirez des complémentséventuels (par exemple, aucun document n’a été annexé car ils sont généralementaccessibles à des personnes ayant un niveau terminale scientifique au minimummais si certains vous intéressent, je peux les scanner et vous les envoyer) ou si vous

des avez des interrogations chimiques, je peux essayer d’y répondre par email (de préférence) ou par courrier :

[email protected]

IUT Mesures Physiques, Eric LANGLET, ZI Champ de l’Abbesse, 59600Maubeuge


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