Les changements d’état physique de la matière

Le.La PE dispose de plusieurs options pour organiser la séance.

Obligatoire : Les élèves participent en groupe à un des ateliers visant à découvrir les conditions de formation de la glace, en travaillant sur l’étude d’un document de compte rendu d’expérience (2 expériences disponibles).

Optionnel : Le.la PE réalise devant la classe l’expérience d’un glaçon qui fond au tableau, et montre la congélation d’un petit récipient d’eau placé dans un mélange réfrigérant. Ces démonstrations peuvent se faire en parallèle des ateliers menés par les élèves.

Optionnel : Le.la PE organise une réflexion collégiale sur d’autres changements d’état, en particulier l’évaporation et la liquéfaction de l’eau, à partir des observations et des représentations des élèves.

Le.la PE introduit le sujet en racontant une histoire.

"Léo part se promener un après-midi d’hiver. Il pose sa gourde sur un muret et l’oublie, il s'aperçoit de son oubli lorsqu'il est rentré à la maison. La nuit tombe, il fait très froid et Léo regarde par la fenêtre la neige tomber et recouvrir le sol. Trop tard pour sortir chercher sa gourde. Le lendemain matin, Léo retourne chercher sa gourde. Il la trouve sur le muret, sous la neige. Mais quand il veut boire, rien ne coule… Pourtant, il est sûr que sa gourde n'était pas vide. "

Le.la PE pose la question : « Pourquoi l’eau de la gourde de Léo ne coule-t-elle pas ?»

Le.la PE écoute les réponses des élèves, et donne si besoin la bonne réponse :

L'eau est toujours dans la gourde, mais elle s'est transformée en glace. Elle s'est solidifiée. Elle n'est plus liquide, elle est solide, c'est la raison pour laquelle elle ne coule pas.

Le.la PE annonce l’objectif :
« Aujourd’hui, nous allons étudier les changements d'état de la matière. »

Le.la PE écrit la question-problème au tableau :
« Comment l’eau liquide se transforme-t-elle en glace, et dans quelles conditions ce changement se produit-il ? »

Consigne donnée aux élèves :
« Recopie la question-problème dans ton cahier. Écris “Mon hypothèse” et réponds par une ou deux phrases. »

Le.la PE circule, vérifie que l’hypothèse parle bien du changement d'état et relève 3–4 formulations représentatives pour la mise en commun.

Le.la PE répartit les élèves en petits groupes : "Vous allez vous répartir en groupes comme nous l'avons déjà fait ...."

Le.la PE distribue à chaque groupe une des deux fiches ateliers.

Le.la PE passe la consigne : "Vous allez lire attentivement le compte rendu de l'expérience, puis répondre aux questions posées".

Le.la PE passe dans les groupes pour évaluer l'avancement des élèves, répondre à leurs questions, les guider si besoin.

Le.la PE interroge les élèves sur chacun des ateliers :

"Pouvez vous expliquer l'expérience que vous avez étudiée ?"

"Que vous a appris la lecture du compte rendu de l'expérience?"

Le.la PE écoute les réponses et corrige et complète si besoin :

• L'eau liquide a une température supérieure à 0°

• L'eau solide (la glace) a une température inférieure à 0°

• L'eau se transforme en glace à une température de 0°

Le.la PE raconte :
« Léa est dans la cuisine. Elle observe une casserole d’eau posée sur la plaque de cuisson. Au bout d’un moment, l’eau bout. Peu à peu, le niveau baisse dans la casserole et l’eau finit par disparaître. En regardant la vitre de la cuisine, Léa observe de petites gouttes d’eau qui se sont formées. »

Le.la PE questionne les élèves :

1. Qu’est-il arrivé à l’eau dans la casserole ? »
   (→ Elle s’est transformée en gaz : l’eau liquide a disparu parce qu’elle s’est évaporée en chauffant.)

2. « D’où viennent les gouttes d’eau sur la vitre ? »
   (→ Elles proviennent de la vapeur d’eau qui s’est condensée en touchant la surface froide de la vitre.)

Le.la PE conclut :
« L’eau peut passer de liquide à gaz (vapeur d’eau : évaporation), puis redevenir liquide (condensation). Ces changements d’état sont réversibles. Pour l'eau, ce changement d'état a lieu à 100 °C »

Le.la PE explique aux élèves :
« Vous avez fait des expériences qui nous ont permis d’observer la glace qui fond, l’eau qui gèle ou l’eau qui disparaît quand elle bout. Mais la science nous apporte aussi des informations importantes que nous devons retenir. Elles ne sont pas toutes visibles directement avec nos expériences, mais elles complètent ce que nous avons vu. »

Le.la PE poursuit :

• « Quand l’eau passe de solide à liquide, c’est la fusion : la glace devient de l’eau liquide. Ce changement se produit à une température de 0°»

• « Quand l’eau passe de liquide à solide, c’est la solidification : l’eau se transforme en glace. Ce changement se produit à une température de 0°»

• « Quand l’eau passe de liquide à gaz, c’est la vaporisation : cela peut être lent (évaporation) ou rapide (ébullition). Ce changement se produit à une température de 100°»

• « Quand l’eau passe de gaz à liquide, c’est la liquéfaction ou condensation : la vapeur d’eau redevient liquide, comme les gouttes sur une vitre. Ce changement se produit à une température de 100°»

• Tous ces changements d’état sont réversibles : l’eau peut passer d’un état à l’autre, puis revenir en arrière.