Sciences et technologie

Introduction

Tout au long de l'année, nous aborderons des notions de chimie, de physique, de technologie et de biologie, à travers des expériences, des observations et des montages mécaniques. Tous ces travaux seront visibles sur le site Internet de la classe : http://cm1cm2.ceyreste.free.fr

1. Quelques notions de physique-chimie.

Pour commencer nous avons étudié le tableau des éléments chimiques. Nous avons appris le noms de quelques minéraux, métaux et gaz. Certains nous sont familiers, comme le calcium (dans les os, les roches), le carbone (dans le bois, la matière vivante, les mines de crayons), le soufre, l'aluminium, le fer, le cuivre, le zinc, l'or, l'oxygène, le chlore, l'hydrogène.
Toute la matière de notre environnement est faite de combinaisons de ces éléments.

Chaque élément a des propriétés physiques particulières :

- La température de fusion indique si l'élément est solide ou liquide à température ambiante (20°C). Par exemple, le plomb fond à 327,5°C, le zinc à 419,5°C, le fer à 1535°C et le carbone à 3650°C. Ils sont solides à température normale. Mais le mercure, qui fond dès -38,7°C, est un métal liquide à température normale.

- La température d'ébullition (ou point d'ébullition) indique le passage à l'état gazeux. Il y a ébullition lorsqu'un liquide commence à bouillir (à faire des bulles), c'est à dire quand il se transforme en vapeur.
Des corps comme l'oxygène, l'azote, le chlore, dont les points d'ébullition se situent respectivement à - 183°C, -195,8°C et -34,7°C sont des gaz à température normale.

- La masse volumique nous indique si le corps est "léger" ou "lourd". Nous découvrons que le plomb n'est pas le métal le plus lourd ; l'osmium est de deux fois plus lourd que lui ! (plomb : 11,35g /cm³ - osmium : 22 ,57g /cm³)
L'aluminium et le magnésium sont des métaux légers, avec respectivement 2,7 g/cm³ et 1,74 g/cm³

Pour comprendre ce qu'est la masse volumique, nous devons peser des quantités égales de matière (objet, métaux) ou des volumes égaux de liquides (eau, huile, alcool…) de façon à les comparer.

Expériences : Nous voulons savoir si l'alcool à brûler est plus lourd que l'eau. Tout le monde dans la classe pense que c'est l'alcool, à cause du carbone qu'il contient.
Pour vérifier, nous avons pesé une même quantité de ces deux liquides avec une balance électronique.
Résultat :

     10 mL d'alcool pèsent 8,4 g (masse volumique : 0,8 g/cm³
     10 mL d'eau pèsent 10 g (masse volumique : 1 g/cm³
C'est donc l'eau qui est plus lourde, à volume égal, que l'alcool.

Une expérience plus simple nous permet de comparer la masse volumique de l'eau à celle de l'huile : si l'on verse de l'huile dans un récipient rempli d'eau, on observe que l'huile reste en surface. Ceci montre que l'huile est plus légère que l'eau (l'huile est moins dense).

Si l'on agite un tube à essai rempli d'eau et d'huile, on obtient un mélange d'eau et d'huile d'aspect mousseux, c'est à dire une émulsion. Très rapidement, les bulles d'huile remontent à la surface car elles flottent, comme un ballon que l'on aurait enfoncé dans l'eau.

Remarques :

- L'eau et l'huile ne peuvent pas se mélanger : on dit qu'elles ne sont pas miscibles. ( Il existe cependant des huiles spéciales qui sont solubles dans l'eau).

- De la même façon qu'une bulle d'huile remonte et flotte dans l'eau, des gaz légers comme l'hélium, l'hydrogène, ou tout simplement l'air chaud, ont tendance à s'élever dans l'air. C'est ce principe qui permet aux ballons dirigeables et aux montgolfières de flotter dans l'air.

Autres expériences:

Le fer qui flotte

Si l'on dépose une bille d'acier dans du plomb en fusion, on constate que la bille reste à la surface ! C'est normal car l'acier ( Fe + C ) est moins dense que le plomb :7,86 g /cm³ pour le fer contre 11,35 g/cm ³ pour le plomb. Donc le fer flotte dans le plomb !

Remarque : la bille s'enfonce pratiquement des deux tiers de son volumes car 7,86/11,35 est proche de 8/12 or 8/12 = 4/6 = 2/3

La glace dans l'eau : glaçons et icebergs
On a voulu reproduire dans notre aquarium la fonte d'un iceberg dans l'eau. Pour cela, on a rempli d'eau le décimètre cube en plexiglas et on l'a placé au congélateur. Le lendemain, l'eau était gelée, on a même remarqué que la glace prenait plus de volume que l'eau, comme si elle avait gonflé.

On a démoulé le cube de glace pour le plonger dans l'eau.

Le glaçon s'enfonce dans l'eau, seule une petite partie reste émergée. Cela montre que le glace est moins dense que l'eau, sa flottabilité est légèrement positive.

Au contact de l'eau, moins froide, la glace fond progressivement. Notre iceberg prend la forme d'un champignon. Il penche et finit par basculer.

Au fur et à mesure qu'il fond, il se retourne plusieurs fois et prend des formes tourmentées car ses différentes parties ne fondent pas à la même vitesse. (saisie du texte: July et Séréna)

La suite est en cours de saisie 

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