TP virtuel sur les liaisons dans les solides : inconnus

Ce TP virtuel sur les liaisons dans les solides suit le TP d'AP Chemistry où les élèves reçoivent des solides blancs sans étiquette et doivent trouver la liaison de chacun à partir de ses propriétés. Il convient aussi au chapitre d'AQA GCSE sur la façon dont la structure et les liaisons expliquent les propriétés. Les élèves chauffent chaque échantillon, testent s'il se dissout dans l'eau et dans l'hexane, et testent sa conductivité à l'état solide, fondu et en solution. Ils le frappent aussi au marteau. Ils remplissent un tableau des propriétés, classent chaque inconnu comme ionique, moléculaire, métallique ou covalent géant, et choisissent une raison. Vérifier corrige ensuite les deux.

Liens avec les programmes

• AP Chemistry Unit 2 (topics 2.3 Structure of Ionic Solids et 2.4 Structure of Metals and Alloys) et Unit 3, topic 3.2 Properties of Solids. Également le TP d'AP Chemistry sur l'identification de la liaison dans des solides inconnus à partir de leurs propriétés.
• AQA GCSE Chemistry 4.2.2 : lien entre la liaison, la structure et les propriétés des substances. Il couvre les composés ioniques, les petites molécules, les structures covalentes géantes et les métaux.

Simulic n'est pas affilié au College Board ni à AQA, et n'est pas approuvé par eux.

Avant le TP (5 min)

Demandez aux élèves de s'engager sur une prédiction :

« Le sel de table et le sucre de table se dissolvent tous deux dans l'eau. Vous plongez un circuit avec une pile et une lampe dans chaque solution. Quelle solution allume la lampe ? »

Beaucoup d'élèves répondent « les deux, puisque les deux se dissolvent ». Gardez les votes pour plus tard.

Protocole dans la simulation

Partie A : entraînement avec des substances connues

1. Réglez Mode sur Substances connues. Choisissez tour à tour NaCl et le saccharose, réglez Test sur Conductivité : solution, puis appuyez sur Dissoudre et Plonger les électrodes. Notez quelle lampe s'allume. Cela teste la prédiction.
2. Choisissez NaCl, Test Chauffage, Source de chaleur Bec Bunsen, et appuyez sur Chauffer. Passez ensuite au Four électrique et chauffez de nouveau. Lisez la température à laquelle le graphique forme un palier.
3. Recommencez le chauffage avec l'étain et le graphite.

Partie B : les inconnus

4. Réglez Mode sur Substances inconnues avec 4 échantillons. Avec 4 inconnus, chacun des quatre types apparaît exactement une fois.
5. Pour chaque échantillon, faites les sept tests et notez chaque résultat avec les boutons sous les étapes. Utilisez le four quand un échantillon ne fond pas au bec Bunsen.
6. Choisissez un type et une raison pour chaque inconnu, puis appuyez sur Vérifier.

Échantillon	Température de fusion	Eau	Hexane	Le solide conduit	Le produit fondu conduit	La solution conduit	Marteau
A
B
C
D

Résultats attendus

Lectures dans la simulation en mode Substances connues :

Substance	Chauffage	Solubilité	Conductivité	Marteau
NaCl	ne fond pas au bec Bunsen (atteint environ 590 °C) ; palier à 801 °C au four	eau seulement	solide non ; fondu et solution oui	vole en éclats
Saccharose	fond à 186 °C et brunit	eau seulement	jamais	cassant
Paraffine	se ramollit entre 50 et 65 °C, sans palier	hexane seulement (flotte sur l'eau)	jamais	mou, s'écrase
Étain	palier à 232 °C	ni l'un ni l'autre	solide et fondu oui	s'aplatit
Graphite	ne fond pas, même au four (environ 1 080 °C)	ni l'un ni l'autre	solide oui	mou, s'effrite
SiO₂ (sable)	ne fond pas, même au four	ni l'un ni l'autre	jamais	grains très durs

• La solution de sel allume la lampe, pas la solution de sucre. Se dissoudre ne suffit pas à montrer qu'une substance est ionique.
• Le test du produit fondu exige le four pour NaCl. Au bec Bunsen, il ne fond pas, et la simulation indique que le test ne peut rien montrer.
• Le graphite est le piège : il conduit à l'état solide, mais il ne fond pas et il s'effrite au lieu de s'aplatir. Il est donc covalent géant, pas métallique.

Questions pour les élèves

1. (Prédiction, reposée après le TP) Quelle solution, de sel ou de sucre, allume la lampe ?
2. Laquelle de ces variables est une variable contrôlée dans le test de conductivité des solutions ?
3. À quelle température NaCl fond-il dans le four électrique ?
4. Quel type de substance correspond à un tableau de propriétés donné ?
5. Expliquez pourquoi NaCl conduit fondu ou dissous, mais pas à l'état solide.

Réponses pour l'enseignant : (1) Seulement la solution de sel. (2) Le circuit (pile, lampe, électrodes) et le volume d'eau. (3) 801 °C (accepter 796–806). (4) Covalent géant : le tableau décrit le graphite. (5) Dans le solide, les ions sont fixés dans le réseau et peuvent seulement vibrer. Fondus ou dissous, les ions se déplacent librement et transportent les charges.

Idées fausses fréquentes

• « Il se dissout dans l'eau, donc il est ionique. » Le saccharose et l'urée se dissolvent mais ne conduisent jamais. Testez si la solution conduit.
• « Il conduit à l'état solide, donc c'est un métal. » Le graphite conduit aussi. Utilisez aussi le test du marteau et la température de fusion.
• « Les composés ioniques conduisent parce qu'ils contiennent des électrons qui se déplacent. » Dans un produit fondu ou une solution, ce sont les ions eux-mêmes qui se déplacent. Les solides ioniques ne conduisent pas du tout.

Prolongement

• Images des particules : après un Vérifier juste, les élèves font passer l'image des particules de NaCl entre Solide, Fondu et Dissous dans l'eau, puis expliquent chaque résultat de la lampe en une phrase.
• Cas limites : comparez KI (fond à 681 °C) et l'étain (232 °C). Pourquoi une température de fusion seule ne suffit-elle pas à déterminer la liaison ?

Questions fréquentes

Les inconnus changent-ils d'un élève à l'autre ?

Oui. Chaque appui sur Nouveaux échantillons tire de nouvelles substances : les élèves ne peuvent donc pas partager leurs réponses. Avec 4 inconnus, un de chaque type apparaît toujours, ce qui permet de bien vérifier leur raisonnement.

Pourquoi certains échantillons ont-ils besoin du four électrique ?

La simulation modélise un bec Bunsen et un creuset qui atteignent environ 600 °C. NaCl, KI, CaCl₂ et l'aluminium fondent au-dessus. Les élèves doivent utiliser le four avant de noter « ne fond pas ».

Peut-on remplacer le vrai TP sans risque ?

La simulation couvre les étapes dangereuses : sels fondus qui projettent, hexane inflammable et urée qui se décompose. Beaucoup d'enseignants laissent tout de même les élèves tester au laboratoire la solubilité et la conductivité en solution de petits échantillons de sel et de sucre.

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