ENSEIGNER
vendredi 24 novembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: L'air qui nous entoure
  -  _ (Anciens programmes)  -  Physique

Activité 4: Comment décrire le mélange de deux gaz ?

 

Activité expérimentale : Comme indiqué sur le schéma ci-dessous, un flacon contenant de l'air est posé à côté d’un flacon contenant un gaz roux. Au départ, les deux flacons sont séparés par une paroi étanche. On retire ensuite cette paroi étanche (schéma du bas).

  1. Qu’observez-vous ?
  2. À partir de vos observations, représenter sur le schéma du dessous, une petite partie du gaz de chaque flacon (les deux flacons ont le même volume).

  3. Utiliser le modèle pour justifier votre schéma.
  4. Simuler la situation étudiée ici à l’aide du logiciel. La simulation permet-elle de valider votre justification précédente ?


But: Comment décrire le mélange de deux gaz ?

Il s’agit ici d’observer le mélange macroscopique de deux gaz d’aspect différent, d’en donner une illustration et une interprétation microscopique à l’aide du modèle puis de valider cette interprétation à l’aide de la simulation. Cette activité permet donc à l’élève de passer de l’observation au modèle, en envisageant de plus un des intérêts qu’une simulation peut avoir en science.

Corrigé: Comment décrire le mélange de deux gaz ?

  1. Les deux gaz se mélangent, la couleur devient uniforme (roux plus pâle partout).
  2. Il faut que les deux flacons contiennent 6 particules chacun, mais pas forcément 3 blanches et 3 noires (ce qui correspond seulement à la plus forte probabilité). Par contre on attend qu’il y ait dans des particules des 2 sortes dans les 2 flacons.
  3. G2 : répartition homogène des molécules dans le volume qui leur est offert.
  4. La simulation permet de valider la justification car les particules de type 1 tendent à occuper tout le volume offert. Idem pour les particules de type 2.

Préparation: Comment décrire le mélange de deux gaz ?

Le gaz roux utilisé est du dioxyde d'azote (formé in situ avant la séance). Les deux flacons (ou ballons) doivent de préférence être disposés horizontalement (pour éviter l’invocation d’une différence de densité pour l’interprétation) et sur un fond blanc.
Les élèves peuvent éventuellement effectuer eux-mêmes l'expérience. Il faut alors préciser le protocole à suivre. Ils peuvent par exemple réaliser l'expérience avec deux tubes à essais dont les contenus sont d'abord séparés (par une feuille de papier ou un carton par exemple).
Les paramètres de la simulation pourront être à la charge de l’élève mais il faudra au moins lui indiquer qu’il faut choisir " boîte avec paroi trouée ". On veillera à ce que le nombre de particules soit le même de chaque côté. Plus les particules sont nombreuses, plus la diffusion est rapide. On pourra choisir 100 ou 200 particules de chaque côté.

Savoir: Comment décrire le mélange de deux gaz ?

C’est l’énoncé G2 qui doit être utilisé ici (Les molécules sont en mouvement incessant et désordonné : elles se répartissent uniformément dans tout le volume qui leur est offert). Il n’est pas indispensable de parler ici de diffusion des gaz.
On veillera à critiquer ici la simulation quant à la coloration des particules qui est un artefact de la technologie utilisée. Il est délicat de dire que les molécules du gaz roux sont effectivement colorées.

Comportement des élèves: Comment décrire le mélange de deux gaz ?

La disposition horizontale des flacons permet d'éviter le recours à des différences de densité pour interpréter les observations, ce que les élèves auraient facilement tendance à faire.