Cette séance de laboratoire est axée sur l'exploration de l'impact de la température sur l'eau gazeuse, examinant spécifiquement comment les variations de température influencent la solubilité du dioxyde de carbone (CO2) dans l'eau.
En utilisant trois éprouvettes distinctes remplies d'eau gazeuse, chacune est placée dans un réglage de température différent : une dans de l'eau froide avec des glaçons, une autre dans de l'eau chaude et la troisième à température ambiante. Les éprouvettes sont laissées à s'acclimater à leurs températures respectives avant que des observations ne soient faites.
Objectifs Éducatifs
- Observation des effets de la température sur l'eau gazeuse : Les participants observeront et noteront les différences de dégagement de CO2 et d'apparence de l'eau gazeuse à diverses températures, dans le but de comparer directement les effets.
- Comprendre la solubilité des gaz dans les liquides : L'expérience est conçue pour illustrer comment la température affecte la solubilité des gaz dans les liquides, en se concentrant sur la manière dont les variations de température modifient la capacité de l'eau à dissoudre le CO2.
- Application de la thermodynamique et de la cinétique chimique : Ce laboratoire offre un contexte pratique pour appliquer les concepts de la thermodynamique et de la cinétique chimique, améliorant ainsi la compréhension des participants de ces principes fondamentaux.
Grâce à cette expérience en laboratoire, les participants acquerront une compréhension des effets marqués de la température sur les propriétés physiques et chimiques des liquides, en particulier le phénomène de dissolution des gaz dans les liquides.
De plus, l'expérience souligne l'importance de mener des expériences contrôlées en manipulant soigneusement des variables telles que la température, renforçant ainsi les compétences en méthodologie expérimentale. En outre, l'observation méticuleuse et la documentation approfondie des résultats sont mises en évidence comme des étapes cruciales pour tirer des conclusions significatives en chimie. Cette session favorise non seulement une compréhension plus approfondie de l'interaction entre la température et la solubilité des gaz, mais améliore également les compétences des participants en matière de conception et d'analyse d'expériences, soulignant l'importance d'une investigation scientifique précise.
Protocole
- Localisez les trois tubes à essai d'eau gazeuse (avec du dioxyde de carbone (CO2)).
- Remplissez le bécher de glace avec de l'eau froide du robinet.
- Placez le bécher de glace à droite du support gauche.
- Remplissez le deuxième bécher avec de l'eau chaude du robinet.
- Place le bécher d'eau chaude à droite du support de droite.
- Accrochez une pince universelle sur chaque support de manière à ce qu'elles soient positionnées juste au-dessus du centre de chaque bécher.
- Accrochez le tube à essai 1 au support du statif universel gauche, au-dessus du bécher contenant de l'eau froide.
- Accrochez le tube à essai 2 à la pince du support universel droit au-dessus du bécher contenant de l'eau chaude.
- Laissez l'éprouvette 3 sur le support à épruvette à température ambiante.
- Attendre 30 secondes que la température des échantillons soit suffisamment froide ou suffisamment chaude avant de continuer.
- Retirer le bouchon de caoutchouc de l'éprouvette 3 laissée à température ambiante et noter la réaction observée (par exemple, la durée de l'effervescence).
- Retirez le bouchon en caoutchouc de l'éprouvette 2 laissée dans l'eau chaude et notez la réaction observée (par exemple, la durée de l'effervescence).
- Retirer le bouchon en caoutchouc de l'éprouvette 1 laissée dans l'eau froide et noter la réaction observée (par exemple, la durée de l'effervescence).
Résultats attendus
- Initialement, la pression partielle du CO2 au-dessus du liquide dans les éprouvettes est de 150 kPa. Une augmentation de la température diminuera la solubilité du CO2 dans l'eau. Comme il y aura moins de CO2 dissous dans un liquide chaud, il y aura une effervescence réduite dans le récipient chaud et une effervescence accrue dans le récipient froid, par rapport au récipient à température ambiante.
- Le temps d'effervescence pour l'eau froide, à température ambiante et chaude devrait être d'environ 45, 25 et 20 secondes.
- L'effervescence observée disparaîtra d'abord dans les éprouvettes chauffées, puis dans l'éprouvette à température ambiante, et enfin avec l'éprouvette la plus froide.
- La solubilité des gaz dans les liquides diminue généralement avec l'augmentation de la température. Ce comportement est à l'opposé de celui observé pour la plupart des solides dissous dans des liquides. Lorsque la température augmente, les molécules du solvant (le liquide) et du soluté (le gaz) acquièrent plus d'énergie cinétique. Cela se traduit par des mouvements plus rapides et plus vigoureux des molécules du liquide, ce qui rend plus difficile de maintenir les molécules de gaz en solution. Les interactions entre les molécules de gaz et de liquide deviennent moins efficaces car les molécules de gaz sont plus facilement ‘expulsées’ du liquide. Cette relation est particulièrement importante dans les processus naturels et industriels. Par exemple, dans les lacs et les océans, la capacité de l'eau à retenir l'oxygène dissous diminue à mesure que la température augmente, ce qui peut avoir des conséquences sur la vie aquatique. De même, dans les systèmes industriels où les gaz sont dissous dans des liquides, la gestion de la température est cruciale pour maintenir les concentrations de gaz souhaitées.
Résumé du devoir par tranche d'âge
Niveaux 3-5 (âges 8-10)
- Concentre-toiIntroduction de base à la solubilité des gaz et aux effets de la température.
- ActivitésObservation du dégagement de CO2 de l'eau gazeuse à différentes températures, discussions simples sur l'effet de la température sur la solubilité des gaz, instructions de sécurité de base.
De la 6e à la 8e année (11-13 ans)
- Concentre-toiCompréhension intermédiaire de la solubilité des gaz dans les liquides et des effets de la température.
- Activités: Préparation d'éprouvettes avec de l'eau gazeuse à différentes températures, observation et enregistrement du dégagement de CO2, compréhension de l'effet de la température sur la solubilité des gaz, suivi de protocoles de sécurité détaillés.
Secondaire 3-5 (14-18 ans)
- Concentre-toi: Compréhension approfondie de la solubilité des gaz, de la thermodynamique et de la cinétique chimique.
- ActivitésMise en place d'expériences avec de l'eau gazeuse à diverses températures, mesure et enregistrement précis des observations de libération de CO2, analyse de la relation entre la température et la solubilité des gaz, enregistrement et interprétation détaillés des résultats, respect des protocoles de sécurité avancés, renforcement des concepts de thermodynamique et de cinétique chimique.
Essentiels de laboratoire
Instruments
- Béchers (100 ml et 1000 ml)
- Balance électronique
- Éprouvettes
Produits
- Eau gazeuse (CO2)