Une expérience pour découvrir l'impact de l'évaporation sur la concentration.
Difficulté
Technique
Durée
2 heure(s)
Disciplines scientifiques
Science de la matière
Introduction
Lorsque l'eau s'évapore, que deviennent les éléments qu'elle contient ? Est-ce qu'ils disparaissent ? Découvrons-le ensemble !
- Matériel et outils
Verre 
Un verre est un récipient utilisé pour boire de forme tubulaire, dont les parois sont solidaires et hermétiques. Il est destiné à recevoir des liquides. Il est constitué d'une paraison (corps ou contenant du verre), d'une jambe et d'un pied. Le terme désigne aussi, par métonymie, le contenu de ce récipient : on dit qu'on "boit un verre d'eau".
Couvercle 
Un couvercle est un élément mobile de forme plate servant à fermer un récipient ou un emballage. Il peut être amovible ou fixé au récipient par une charnière. Il est dans certains cas muni d'un organe de préhension parfois appelé fretel : anneau, poignée, bouton ou forme ornementale (fruit, légume ou encore gland...).
Colorant 
Un colorant est une substance utilisée pour apporter une couleur à un objet à teinter.
En chimie, les groupement d'atomes dont l'absorption lumineuse cause la couleur s'appelle un chromophore. Un colorant soluble se désigne comme teinture, sinon c'est un pigment.
Dans les techniques d'application, comme la pharmacie ou la cuisine, un colorant peut contenir une combinaison de molécules solubles et de particules insolubles. En biologie, on parle de pigments plus que de colorants, dans tous les cas.Étape 1 - Préparer les verres
Pour commencer, remplir d'eau trois verres identiques, au même niveau.
Noter le niveau d'eau sur chaque verre avec un marqueur effaçable.
Étape 2 - Colorer deux des échantillons
Ensuite, nous allons colorer deux de nos verres d'eau. Pour cela, ajouter une ou deux gouttes de colorant alimentaire liquide dans chacun des deux.
Attention ! Il faut ajouter le même nombre de gouttes à chaque fois.
Puis mélanger en remuant doucement.
Étape 3 - Laisser s'évaporer
Pour cette étape, nous laisserons l'un des deux verres colorés de côté. Il peut rester sur un coin de la table, idéalement avec une couvercle pour éviter tout changement. Ce verre sera
S'il fait assez beau, le laisser en extérieur, de préférence contre un mur ou sur une surface noire pour qu'il reçoive de la chaleur.
Si le temps est mauvais, un adulte peut le placer dans un four réglé sur 200°C.
Une fois le bocal en place, il faut laisser le temps faire ! Revenir au bout d'une heure ou deux.
Étape 4 - Comparer le volume
Au bout d'un moment, on remarque que le niveau d'eau a baissé dans les bocaux qu'on a mis au soleil ou au four.
Pour bien observer le résultat, il faut qu'il n'y ait presque plus d'eau dans les verres.
Lorsque c'est le cas, éteindre le four et les laisser refroidir.
Étape 5 - Comparer la couleur
Au premier regard, on n'observe pas une grande différence. Mais notre cerveau nous joue des tours.
Se placer devant une surface blanche et pencher le verre pour pouvoir observer la couleur. Sont-elles les mêmes ?
Dans le verre qui ne contenait que de l'eau, ajouter le même nombres de gouttes de colorant que pour les autres et comparer la couleur. De quel verre se rapproche-t-il le plus ?
Étape 6 - Rembobiner !
Si on remplit jusqu'au trait les deux verres où l'eau s'est évaporé, qu'arrive-t-il à la couleur ?
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
Puisque nos deux verres étaient identiques et qu'un seul des deux a subi l'expérience, il est possible de les comparer.
Dans le verre qui a été au soleil ou au four, le niveau d'eau a baissé. et la couleur est plus intense.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
- Si les verres sont différents ou si la quantité d'eau ou d'encre varie, il sera difficile de comparer.
- Si l'eau ne s'évapore pas assez, la différence sera difficile à voir.
- Si le colorant utilisé est thermosensible, il peut se dégrader ou s'évaporer.
Explications
Ce phénomène qu'on observe est appelé concentration. La même quantité d'éléments (ici, le colorant) se retrouve dans une plus petite quantité d'eau : la couleur est alors plus marquée.
Il est possible de rajouter de l'eau jusqu'au trait. Au contraire, si le niveau de l'eau dans le verre qui a subi l'évaporation est à la moitié de l'autre, on peut doubler la quantité d'encre dans le verre plein. Dans les deux cas, la couleur redevient alors la même dans les deux verres.
Plus d'explications
La concentration est le rapport entre la quantité d'un élément et le volume qui le contient.
On prépare deux verres, mais l'un des deux ne va pas servir à l'expérience. En science, on appelle cela un "témoin" . Il nous permettra de comparer l'impact de notre expérience sur notre verre "test", puisque la seule différence entre les deux sera l'expérience que nous aurons réalisé.
Éléments pédagogiques
Pistes pour animer l'expérience
Il est possible de remplacer le colorant alimentaire par de l'encre effaçable. Cela créé un effet de surprise car la pollution "disparait". Une goutte de vinaigre blanc la fait réapparaitre. C'est l'occasion de parler des différentes pollution et de leur évolution dans le milieu naturel. Certaines changent de forme ou se dégrade en d'autres molécules, les rendant difficiles à suivre et à quantifier mais pas forcément moins toxiques. C'est le cas du glyphosate, par exemple.
Pour concrétiser la notion de concentration, on peut verser du sucre dans un petit volume d'eau et goûter. Ensuite, verser ce volume d'eau dans une grande bouteille et la remplir d'eau. Dans le premier cas, l'eau est sucrée, dans le second elle ne l'est plus. La quantité de sucre reste la même, mais le volume augmente. Puisque la concentration et la quantité divisée par le volume, celle-ci diminue !
Sources et ressources
https://www.aquaportail.com/definition-3736-evaporation.html
https://www.phychiers.fr/concentrations/ <= Super outil !
Dernière modification 13/05/2023 par user:UnAutreJules.
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