4_CHIMIE_Hist_Sciences_modele_moleculaire_doc_4

Histoire des sciences
Classe de quatrième
Programme
A. De l'air qui nous entoure à la molécule
[Histoire des sciences : de l'évolution du modèle moléculaire à la réalité de la
molécule]
Pré requis.
- Identifier lors d’une transformation les réactifs (avant transformation) et les
produits (après transformation).
- Le dioxygène est un comburant.
Socle commun.
Connaissances : savoir que la matière se présente sous une multitude de formes.
Capacités : être capable de pratiquer une démarche scientifique : savoir observer,
questionner, formuler une hypothèse et la valider, argumenter,
modéliser de façon élémentaire.
Attitudes : – le sens de l’observation ;
– la curiosité pour la découverte des causes des phénomènes naturels,
l’imagination raisonnée, l’ouverture d’esprit ;
– percevoir la différence entre réalité et simulation.
Connaissances
disciplinaires visées
LES ATOMES POUR COMPRENDRE LA TRANSFORMATION
CHIMIQUE
- La disparition de tout ou partie des réactifs et la formation de produits
correspond à un réarrangement d’atomes au sein de nouvelles molécules
Pendant la séance, les activités 1 et 2 peuvent se dérouler simultanément :
- Les élèves préparent le montage de l’électrolyse de l’eau et font les premières observations.
- Pendant que l’expérience se déroule, ils étudient le document proposé.
L’identification expérimentale des deux gaz produits par l’électrolyse de l’eau se déroule en fin de séance.
Activité 1 : Etude de documents.
Antoine Laurent de Lavoisier (1743–1794) est considéré comme le père de
la chimie moderne grâce à ses nombreuses expériences qu’il mena d’une façon
très rigoureuse.
En 1785, devant l’Académie des Sciences, reprenant une expérience d’un
chimiste anglais nommé Cavendish, il tente de décomposer l’eau puis d’en
effectuer la synthèse. Il fait passer au goutte à goutte de l’eau dans un canon de
fusil porté au rouge. De là, s’échappe un gaz qu’il récupère dans une cloche à
eau. Ce gaz, qui a la particularité de s’enflammer vivement, sera nommé
quelques années plus tard le dihydrogène.
Antoine Laurent
de Lavoisier
C
A
B
Décomposition de l’eau par Lavoisier (1785)
 Questions :
1. Quel gaz obtient Lavoisier en faisant passer de l’eau dans un canon à fusil chauffé ?
2. Quelle est la particularité de ce gaz ?
3. À partir du schéma, indiquer où se trouvent (choisir entre A, B et C) :
- l’eau ?
- le canon à fusil ?
- le gaz obtenu ?
Activité 2 : Activité expérimentale.
Les élèves réalisent l’électrolyse de l’eau (le canon
à fusil de Lavoisier est remplacé par une cuve à
électrolyse).
Tube B
Tube A
 Les observations portent sur les points suivants :
- Des bulles de gaz apparaissent à la surface des électrodes lorsqu’un courant électrique circule dans l’eau.
- L’un des tubes se remplit deux fois plus vite que l’autre : il se forme deux gaz qui peuvent être différents.
- Ces gaz sont produits à partir de l’eau.
 L’identification des gaz (hors programme) permet de montrer qu’il s’agit bien de deux gaz différents :
- Dans le tube A :
- Dans le tube B :
Point
incandescent
 Questions :
1. Légender les schémas et noter vos observations pour chaque expérience.
2. Retour sur l’expérience de Lavoisier : d’après le document sur la décomposition de l’eau par
Lavoisier, quel est le gaz présent dans le tube A ? Pourquoi ?
3. Retour sur « les combustions » : d’après les expériences réalisées sur les combustions, quel est le
gaz présent dans le tube B ?
Bilan des activités 1 et 2
 Questions :
1. Lors de l’électrolyse de l’eau, quels gaz sont produits ?
2. Écrire le bilan de la transformation chimique correspondante.
3. Cette expérience de la décomposition de l’eau permet à Lavoisier de contredire la théorie des quatre
éléments d’Aristote qui prévalait encore à l’époque. Pourquoi ?
On aboutit au niveau de représentation suivant :
L’eau n’est pas un « élément simple » car sa décomposition produit deux gaz différents.
La molécule d’eau est composée de constituants (d’atomes) différents.
Lors de l’électrolyse de l’eau, la formation de nouvelles molécules correspond à un
réarrangement des atomes présents dans la molécule d’eau.
Activité 3 : Réinvestissement
 Etude de document :
A la suite de l’expérience de la décomposition de l’eau, Lavoisier mélangea le gaz qu’il avait
recueilli (le dihydrogène) à de « l’air vital » et provoqua une étincelle dans le mélange. Il décrit ainsi cette
expérience dans son mémoire sur « La composition de l’eau » : « Si on brûle ensemble sous une cloche
de verre […] un peu moins de deux parties d'air inflammable (1) [...], contre une d'air vital […], la totalité
des deux airs est absorbée, et l'on trouve à la surface du mercure, sur lequel se fait cette expérience, une
quantité d'eau égale en poids à celui des deux airs que l'on a employés […] L'eau que l'on obtient par ce
procédé est parfaitement pure et dans l'état d'eau distillée… »
(1)
(1)
dihydrogène
 Questions :
1. D’après vos connaissances sur les combustions, quel gaz Lavoisier appelle-t-il « air vital » ?
2. Qu’obtient Lavoisier en brûlant du dihydrogène avec de l’ « air vital » ?
3. Quelle proportion de chaque gaz introduit-il dans le ballon ?