Séquence de mathématiques à partir du tableau des éléments chimiques (Excel ou PDF)

Objectifs en mathématiques: repérer une information, ranger des nombres par ordre croissant ou décroissant, comparer, intercaler des nombres entiers ou décimaux (encadrements), évaluer un ordre de grandeur, connaître les unités et les principales grandeurs: masse, température, volume, masse volumique. + Collège: nombres relatifs.

 

Autres intérêts de la séquence:

- lire et exploiter un document scientifique, chercher des informations, lire une légende;

- reconnaître et employer des unités de mesure: degré Celsius, gramme, centimètre-cube, litre;

- reproduire avec rigueur les symboles des éléments (majuscule, minuscule, script) et ceux des unités (°C, g/cm3, g/L);

- connaître le nom des principaux gaz, métaux et minéraux (connaissances générales);

- orthographier correctement des mots difficiles;

- vocabulaire autour des notions de volume, température, masse, fusion, ébullition...

- montrer les liens entre les sciences, les mathématiques et le français.

 

 

La séquence commence par une leçon de sciences

1/ Le tableau et la légende.

Le tableau est présenté sans commentaire, il est à lire silencieusement. Les enfants manifestent des réactions de surprise (c'est difficile, on n'y comprend rien !) puis ils reconnaissent des éléments familiers.

Avez-vous trouvé dans le tableau des éléments que vous connaissiez déjà ? A quelle occasion en avez-vous entendu parler ?

Réponses fréquentes: l'oxygène (dans l'air), le fer (les outils), le chlore (à la piscine), le calcium (sur les bouteilles de lait, dans les os), le fluor (dans le dentifrice), le plomb (pêche, plongée), le mercure (dans les thermomètres), le néon (dans les tubes qui éclairent la classe), l'aluminium (papier alu, cadres des fenêtres)...

 

Lesquels sont des gaz, des métaux ou des matières solides ?

réponses fréquentes:

gaz: oxygène, azote, néon... (les éléments gazeux du tableau sont en caractères maigres)

solides: calcium, carbone...

métaux: fer, cuivre, plomb, or, aluminium...

 

Quelques connaissances à développer:

air = mélange de gaz: azote, oxygène, gaz carbonique, vapeur d'eau.

eau = corps composé d'hydrogène et d'oxygène: H2O.

calcium: coquillages, calcaire, craie, squelette, cheveux, lait, autres aliments.

carbone: charbon, bois, matière vivante (exemple: steak carbonisé, pain grillé), papier, alcool, pétrole, essence (= tout ce qui brûle.) faire carboniser un sucre: on obtient une masse qui ressemble à de la lave refroidie, elle a des reflets argentés et donne un son métallique, comme le charbon de bois.

Il y a du carbone pur dans votre trousse. Où se cache-t-il ?

Dans les mines de crayon (c'est du graphite).

Il y a du carbone pur chez le bijoutier: dans les diamants (carbone pur cristalisé); c'est le matériau le plus dur que l'on connaisse. On en fait aussi des abrasifs et des outils coupants (ex: disque à tronçonner au diamant employé par les maçons).

silicium: le sable, le verre (sable fondu), la coquille de certains animaux microscopiques (plancton)

Eléments essentiels à la vie: carbone, oxygène, hydrogène, azote. (plantes: CHO; animaux: CHON).

 

Observer la légende et expliquer les termes "point de fusion", "point d'ébullition","masse volumique" (on ne traite pas les notions de masse atomique ni de numéro atomique qui entraîneraient des explications laborieuses).

Faire écrire les différentes unités et les grandeurs qu'elles représentent.

 

Rangements de nombres entiers

Observer la case du mercure. Pourquoi le mercure est-il un métal liquide ?

Il faut comparer sa température de fusion à celle des autres métaux.

      

Réponse attendue: le mercure fond dès - 38,7°C, il est déjà en fusion même s'il fait très froid. c'est donc un métal liquide à température normale.

Parmi toutes les indications données, quelles sont celles qui concernent les états de la matière (solide, liquide ou gazeuse) ?

 

Rechercher dans le tableau les deux éléments qui fondent le moins facilement:

Réponse attendue: le carbone et le tungstène

Il y a du tungstène dans votre trousse: dans la bille des stylos (tungstène ou carbure de t.). On en trouve aussi dans les forets de la perceuse, et surtout le filament des ampoules. C'est un métal très dur employé en mécanique pour les outils coupants.

 

Exemples de rangements de nombres:

1/ Ranger par ordre décroissant de température de fusion les 10 éléments qui suivent le le carbone et le tungstène. Ecrire le nom du métal et son symbole, avec au dessous la température de fusion en °C. Utiliser les signes >. Respecter les caractères majuscule ou minuscule.

 >   > ...

 

 

Voici trois autres métaux. lequel peut-il fondre avec un simple fer à souder ?

         

Faire la démonstration avec un fer à souder et du fil d'étain.

 

2/ Trouver tous les métaux dont la température de fusion est comprise entre celle de l'étain et celle du fer, puis les ranger en ordre croissant.

  <........<........<   ?   < ........<.........<  

 

Rangement de nombres décimaux:

Le plomb a la réputation d'être lourd (massif). Est-il plus lourd que le fer ? Plus lourd que le mercure ?

                     

Lequel de ces cinq métaux est-il le plus léger ?

Lequel est pratiquement deux fois plus lourd que le plomb ?

 

 

Parmi les métaux suivants, quel est le plus lourd ? Quel est le plus léger ?

Poursuivre la recherche dans l'ensemble du tableau, ranger par ordre croissant les dix plus lourds, les dix plus légers.

Même question sur les gaz (masse volumique en g/L) à classer en ordre croissant.

 

Travaux de recherche, connaissances générales

 

Rechercher dans des encyclopédies ou sur Internet quels sont les métaux les plus coûteux de la série ci-dessus. Les classer dans un tableau comme celui-ci en fonction de leur prix au kg:

Métaux courants	Métaux rares	Métaux précieux
< prix/kg <	< prix/kg <	< prix/kg <

 

 

Quel élément chimique reste-il lorsqu'on fait carboniser un morceau de sucre ? Chercher les mots de la même famille.

 



"Le maître a fait fondre du sucre. D'abord, cela a donné du caramel, puis c'est devenu tout dur et ça ressemble à une pierre volcanique qui a la couleur d'une mine de crayon; elle rougit quand on la chauffe et si on la frotte, ça fait un bruit de papier aluminium ou de charbon. En effet, il s'agit du carbone, qui n'a pas fondu." (Louise et Anaïs)



 



 

 

Quelles-sont les différentes formes du charbon pur ou presque pur dans la nature ?

réponse attendue : diamant, graphite (mines de crayon), lignite (jais), anthracite (fosses septiques), charbon de bois (barbecue, fusain).

Citer différents combustibles liquides (riches en carbone):

réponses attendues: kérosène, essence, gazole, pétrole, huiles, alcool.

Combustibles solides: charbons, charbon de bois, cire de bougie (acide stéarique), bois et fibres végétales (papier, coton, autres tissus ...)

 

A la maison, rechercher sur les étiquettes des emballages les noms de gaz, de métaux ou de minéraux du tableau.

Par exemple: produits nettoyants, eaux minérales, biscottes, pâte dentifrice, piles classiques et piles rechargeables, ampoules d'éclairage...etc.

 

Rechercher les mots de la famille de: fusion, ébullition, gaz, solide, liquide, masse, volume.

 

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