ENSEIGNER
vendredi 24 novembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: Relations, structure-propriétés de la matière
Belgique  -  Seconde (4ème)  -  Chimie

Activité 5: Retour à la case départ

 
Cette étape de la séquence permet une pratique de l’évaluation formative. Il s’agit de déterminer si les élèves ont intégré la relation structure-propriété

Préparation: Retour à la case départ

Les élèves répondent individuellement à la question suivante : « Au terme de cette recherche à propos de la première partie de la situation - problème, reformule le lien entre les propriétés physiques du carbone graphite et du carbone diamant et leur structure atomique. Faits référence explicitement aux images que tu as vues en photo ou vidéo ainsi qu’aux modèles tridimensionnels que tu as construit. Sois clair, structuré et complet. »
La correction de cette évaluation est importante afin que l’élève confronte ses représentations. Elle peut se faire par le professeur ou entre élèves selon le groupe ou le temps disponible.

  • Retour à la case départ

Cette partie développe une opération de traitement de l’information et de transfert de savoir scientifique
Sur base des documents complémentaires fournis (distinction C graphite/ C diamant etc…) pouvoir expliquer l’usage du C graphite et du C diamant dans les deux situations proposées.

Deux pistes d’activité :

  • soit séparer la classe en deux groupes, l’un recevant les informations sur le C graphite, l’autre celles qui se rapportent au C diamant et leur proposer ensuite d’expliquer les propriétés de chaque matériau aux autres élèves.
  • soit le professeur reprend l’explication première des élèves et, sur base des apports scientifiques des documents, leur fait construire la résolution du problème.

Savoir: Retour à la case départ

Documentation sur le graphite.

« Le terme graphite vient du verbe grec "graphein", écrire. Abraham Gottlob Werner l'a proposé en 1789 pour désigner la forme de carbone utilisée principalement comme marqueur (les mines de crayon par exemple). Le graphite est constitué de plans parallèles d'atomes distribués en hexagones réguliers et accolés les uns aux autres. Le graphite a des propriétés lubrifiantes parce que ces plans ne sont que faiblement liés entre eux. Chacun des atomes du graphite compte un électron relativement libre, raison pour laquelle il est un bon conducteur électrique. La stabilité du graphite jusque aux très hautes températures lui donne une place de choix dans diverses applications technologiques: disques de frein et d'embrayage, joints divers, isolateurs, absorbeurs d'énergie de raquettes de tennis ou de club de golf, connecteurs électriques mobiles dans les moteurs, éléments de chauffage dans les fours à très haute température, etc.

Documentation sur le diamant.

Le terme diamant provient quant à lui, semble-t-il, d'une dégradation du mot grec "adamastos", invincible. Des textes hindous évoquent les qualités particulières de ce cristal au XIIIe siècle avant Jésus-Christ déjà. Les premiers textes occidentaux qui en font mention datent du Ier siècle de notre ère. Chaque atome de diamant est entouré de quatre autres atomes; il est donc au centre d'un tétraèdre régulier dont les sommets sont occupés par ses quatre plus proches voisins. Cet arrangement est tellement "parfait" qu'il résiste à la plupart des sollicitations extérieures et fait du diamant l'un des matériaux les plus durs que l'on connaisse. Tous les électrons extérieurs du diamant sont utilisés pour les liaisons du diamant lui-même; cela explique qu'il soit un mauvais conducteur électrique."

Schéma-explication d’une propriété du graphite :

Document en ligne sur « Diamant et industrie »

"Par ailleurs, les magasins de sport vous proposent des raquettes de tennis, des clubs de golf, des cadres de vélos légers et très résistants en fibre de Carbone. Est-ce du diamant ? ou du graphite ? "

Explication simple de ce qu’on entend par « fibre de carbone »
En consultant les documents suivants l’élève peut comprendre grossièrement que les fibres de C sont du carbone graphite dont la structure dans un plan est très solide et peut devenir une sorte de "tissu" aux propriétés décrites succinctement.

La fibre de carbone est une forme de graphite dans laquelle les feuilles, formées de plans d'atomes de carbone liés en cycles hexagonaux, sont longues et fines. On peut les imaginer comme des rubans de graphite. Des paquets de ces rubans s'assemblent pour former des fibres, d'où le nom "fibres de carbone".


Schéma-explication d’une propriété du graphite :

Rouleau de fibres de carbone
Document en ligne sur les fibres de carbone

" Le diamètre des fibres de carbone varie de 5 à 15 microns (7 à 8 microns en moyenne).
Les fibres de carbone sont caractérisées par leur faible densité, leur résistance élevée à la traction et à la compression, leur flexibilité, leurs bonnes conductibilités électrique et thermique, leur tenue en température et leur inertie chimique (sauf à l’oxydation). Elles résistent à la corrosion et à l’usure. Elles sont faciles à usiner et sont perméables aux rayons X. Leurs limites d’utilisation sont les suivantes : sensibilité aux chocs (rigidité élevée et faible allongement à la rupture), attaque à chaud (température supérieure à 400°C) par l’oxygène de l’air et les acides oxydants, corrosion de type galvanique au contact des métaux et alliages.
Les fibres de carbone sont utilisées principalement pour la fabrication de matériaux composites renforcés, la fabrication de matériaux de friction à usage industriel et dans la confection de revêtements isolants en présence de hautes températures. La production mondiale est en augmentation (principaux producteurs : États-Unis, Japon et Royaume-Uni); leur domaine d’application qui concernait essentiellement l’industrie aéronautique et spatiale initialement, est en pleine expansion et s’étend désormais à des secteurs variés tels l’industrie automobile, les loisirs (raquette de tennis, canne à pêche, planches à voile, ...)."