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Programme (BO n° 6 du 28 août 2008)

A. La chimie, science de la transformation de la matière A1 - Conduction électrique A1.1 Conduction électrique et structure de la matière

Pré requis de l’élève o La notion de conducteur et isolant ; o Le sens conventionnel du courant ; o L’existence d’électrons libres dans les conducteurs métalliques ; o La notion de solution aqueuse.

Mots-clé o Conducteur, o Solutions ioniques

o Ions o Solutions aqueuses

Liste de matériel Poste élève Référence

o Générateur de courant continu 01989 o Ampèremètre 02584 o Lampe 6V- 100 mA 03703 o Socle pour lampe 03994 o Fils de connexion rouge 60101 o Fils de connexion noir 60101 o Bécher 06533 o Deux électrodes métalliques 01305000 o Chlorure de sodium 01808980 o Sulfate de cuivre II 01317250 o Saccharose o Eau minérale

Remarques, astuces

o Pour montrer le caractère conducteur ou non des solutions aqueuses, il faut commencer les expériences avec l’eau distillée. Faire constater aux élèves que la lampe ne s'allume pas mais n’est pas grillée car une intensité très faible de quelques milliampères circule dans le circuit. Conclure que

Connaissances Capacités Commentaires L’ION ET LA CONDUCTION ÉLECTRIQUE DANS LES SOLUTIONS AQUEUSES : toutes les solutions aqueuses conduisent-elles le courant électrique ? Toutes les solutions aqueuses ne conduisent pas le courant électrique. La conduction du courant électrique dans les solutions aqueuses s’interprète par un déplacement d’ions.

Pratiquer une démarche expérimentale afin de comparer (qualitativement) le caractère conducteur de l’eau et de diverses solutions aqueuses. Valider et invalider une hypothèse sur le caractère conducteur ou isolant d’une solution aqueuse.

L’objectif des comparaisons de conduction électrique de l’eau et des solutions aqueuses n’est pas de constater la plus ou moins grande conduction en fonction des concentrations mais de permettre l’introduction de la notion d’ions en solution. Les risques d’électrocution ou d’électrisation dus à la conduction du courant électrique par l’eau du robinet (baignoire, fuites d’eau.) doivent être rappelés.

Niveau 3ème

Physique - Chimie

Conductibilité électrique des solutions aqueuses

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l’eau distillée ne conduit quasiment pas le courant électrique. Remplacer l’eau distillée par l’eau salée. Faire constater par les élèves que cette fois la lampe s’allume et un courant d’intensité plus élevé circule. Conclure que l’eau salée est une solution conductrice.

o En fonction du niveau de la classe, le professeur imposera le calibre de l’ampèremètre ou laissera les élèves le choisir eux-mêmes.

o Choisir une eau minérale fortement minéralisée telle que Hépar, Contrex, Courmayeur ou Talians. Prolongements

o Thème de convergence santé « Les ions dans les eaux minérales » o Thème de convergence « Les ions et notre santé »

Si le dioxygène et l’eau sont certes nécessaires à notre vie, les chercheurs ont constaté que si on enlevait totalement les ions positifs et négatifs de l’air que nous respirons, il n’y aurait plus de vie. Peut-on dire que les ions sont plus indispensables à notre vie que le dioxygène ou que l’eau ? N’exagérons pas mais examinons le rôle des ions dans notre organisme : Action sur la PEAU : La peau servirait de récepteur pour les ions qui auraient une influence directe sur nos organes. Sans ces ions, nous ne pourrions absorber le dioxygène de l’air. Action sur le SANG : Les ions négatifs augmentent le nombre de globules rouges et le teneur en dioxygène de chaque globule. Ils fluidifient le sang, et exercent une action favorable sur les graisses et le cholestérol. Ils amènent une diminution de l'acidité sanguine alors que les ions positifs l'augmentent, ce qui est très important car le pH du sang doit être compris entre 7,35 et 7,45 sous peine de graves ennuis de santé. Et l'ionisation négative a une action exemplaire sur la tension artérielle en ce sens qu'elle la régularise. Action sur LES POUMONS : Les ions négatifs exercent une protection des poumons contre les poussières, entre autres ces « poussières vivantes » que sont les microbes présents dans l'air. Ils accroissent la ventilation pulmonaire, ralentissent le rythme respiratoire. Les ions positifs accélèrent le rythme respiratoires et les spasmes bronchiques. Les ions négatifs ont une action bénéfique sur l'asthme. Action sur le SYSTEME DIGESTIF : Les ions négatifs agissent favorablement sur les gastrites et les ulcères d'estomac. Ils donnent d'excellents résultats dans les cas de vomissements, les brûlures d'estomac, les ballonnements, l'inappétence, la constipation, l'insomnie. Action sur le SYSTEME MUSCULAIRE : Les ions négatifs ont un effet spectaculaire sur l'augmentation des performances musculaires. Non seulement la contraction musculaire est plus rapide, mais sa puissance est accrue. D'autre part, l'endurance est augmentée. Cet effet est évident chez les athlètes. La quantité de dioxygène absorbée dépend étroitement de la quantité d'ions négatifs absorbés. Alors si vous voulez améliorer vos performances il faut faire ce que font les athlètes de haut niveau, ils vont en altitude et en particulier dans des forêts de sapin, courir et s'oxygéner un maximum pour tonifier tous leurs organes et tous leurs muscles. Tout cela ne doit pas nous faire oublier les ions que nous apporte l’alimentation ainsi que les oligo-éléments indispensables à notre équilibre physique et psychique (voir livre de 3ème, collection Delagrave, page 55) Compétences qu’il est possible d’évaluer

Expérimentales - Réaliser un circuit électrique permettant de comparer le caractère conducteur

de quelques solutions aqueuses - Utiliser un ampèremètre - Tester la conductibilité de quelques solutions aqueuses - Répartir les rôles dans le groupe - Suivre un protocole - Ordonner la paillasse pour réaliser un travail correct - Ranger le matériel

Théoriques - Schématiser un circuit électrique - Tirer une conclusion - Exploiter une photographie - Indiquer sur un schéma le sens conventionnel du courant - Réaliser un calcul mathématique simple - Expliquer la nature du courant électrique dans une solution ionique

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Objectifs o Comparer le caractère conducteur de l’eau distillée et de diverses solutions aqueuses à

l’aide d’un circuit électrique ; o Expliquer la nature du courant électrique dans certaines solutions aqueuses ; o Connaître l’existence des ions.

ACTIVITE 1 : Toutes les solutions aqueuses conduisent-elles le courant électrique ?

1. Expérience : Vous disposez d’un générateur de tension continue 6V, de fils de connexion, d’une lampe de tension nominale 6V montée sur un socle, d’un ampèremètre, d’un bécher dans lequel plongent deux électrodes et de diverses solutions aqueuses. a. Avec ce matériel, réaliser le circuit photographié ci-contre permettant de vérifier si une solution aqueuse laisse ou non passer le courant électrique. b. Schématiser le circuit réalisé dans le cadre ci-contre. Indiquer le sens conventionnel du courant électrique, lorsqu’il circule, par une flèche rouge. c. Introduire tour à tour dans le bécher de l’eau distillée puis les diverses solutions aqueuses se trouvant sur votre table. Observer l’éclat de la lampe et mesurer l’intensité du courant électrique traversant le circuit pour renseigner le tableau ci-dessous.

2. Résultats : Rassembler vos résultats dans le tableau ci-dessous :

Solutions testées Constitution de la solution

Eclat de la lampe Intensité du courant électrique en mA

Eau distillée Molécules éteinte ≅≅≅≅ 2mA

Eau sucrée Molécules éteinte ≅≅≅≅ 3mA

Eau salée Molécules + ions allumée ≅≅≅≅ 175 mA

Solution de sulfate de cuivre (II) Molécules + ions allumée ≅≅≅≅ 200mA

Eau du robinet Molécules + ions brille faiblement ≅≅≅≅ 65mA

Physique – Chimie

Conductibilité électrique de solutions aqueuses

Nom : Prénom : Classe : Date :

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3. Exploitation : a. Quelles sont les solutions aqueuses qui ne laissent pas passer le courant électrique ?

L’eau sucrée et l’eau distillée sont des liquides peu conducteurs. Quelle est leur constitution ? Ces solutions sont constituées essentiellement de molécules b. Quelles sont les solutions aqueuses qui laissent passer le courant électrique ?

L’eau salée, la solution de sulfate de cuivre (II) et l’eau du robinet laissent passer le courant électrique.

Quelle est leur constitution ? Ces solutions sont constituées de molécules et d’ions.

4. Conclusion :

ACTIVITE 2 : Tester une eau minérale

1. À l’aide du circuit de l’activité 1, tester la conductibilité électrique de l’eau minérale mise à votre disposition.

2. La lampe est-elle allumée ? Que vaut l’intensité du

courant ? La lampe brille faiblement, l’intensité est d’environ 40mA.

3. Cette eau minérale est-elle conductrice du courant ? Cette solution conduit faiblement le courant électrique.

4. Expliquer ce résultat à l’aide de l’étiquette ci-contre qui décrit la composition de cette eau minérale. L’eau minérale contient des ions.

5. Comme toutes les solutions ioniques, une eau minérale est électriquement neutre.

Que pouvez-vous en conclure en ce qui concerne le nombre de charges positives et le nombre de charges négatives présentes dans cette solution ? L’eau minérale contient autant de charges positives que de charges négatives.

Une solution aqueuse laisse passer le courant électrique lorsqu’elle contient des ions, particules électriquement chargées dispersées parmi les molécules d’eau, électriquement neutres. Ce sont donc les solutions ioniques qui conduisent le courant électrique.

L’eau minérale est conductrice du courant électrique car elle contient des ions positifs et des ions négatifs, qui sont des particules électriquement chargées. Comme toute solution ionique, cette eau minérale est électriquement neutre : elle contient autant de charges positives que de charges négatives.