Participation à la SteemSTEM "Science fair": Petite expérience scientifique pour les enfants : Les cristaux de sucre

Intéresser les enfants aux sciences peut être à la fois extrêmement simple et complexe. Je vous présente ici une expérience de chimie réalisée avec notre fils de 6 ans, mais qui intéressera aussi les plus grands.

Question de départ :

Que devient le sucre mélangé à de l’eau si il est d’abord chauffé puis refroidi ?

Matériel nécessaire pour l’expérimentation:

– 380 g d’eau
– 1 kg de sucre granulé
ou environ 1 tasse d’eau pour 3 tasses de sucre
– piques à brochette en bois
– pinces à linge
– verres à hauts bords

Facultatif : colorant alimentaire, arôme alimentaire

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Etape 1 : Préparation du matériel

Mouiller les piques à brochette et les rouler dans le sucre : les laisser sécher sur une assiette. Certains utilisent une ficelle avec un trombone accroché au bout, mais je préfère le support solide des pics à brochette qui permet ensuite de réutiliser les cristaux de sucre en cuisine…

Si désiré, mettre quelques gouttes de colorant alimentaire dans les verres et/ou d’arôme artificiel. L’effet visuel est beaucoup plus joli et l’arôme apporte une touche de fantaisie.

Etape 2 : La dissolution des cristaux de sucre

Faire chauffer l’eau et ajouter graduellement le reste du sucre. Bien dissoudre le sucre en mélangeant avec une cuillère en bois jusqu’a ce que la solution soit complètement saturée.

Etape 3 : Installation finale et refroidissement

Une fois le sucre complètement dissout, verser le sirop dans les verres.

Laisser refroidir puis tremper les piques dans les verres en les maintenant bien au centre avec une pince à linge.

Pour protéger les cristaux de la poussière, j’ai découpé des carrés de carton avec un trou au centre pour laisser passer le pique à brochette comme sur l’image ci-contre.

Les piques ne doivent toucher ni les bords ni le fond du verre.

Installer ensuite les verres dans un endroit où ils resteront sans bouger pour le reste de l’expérience.

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Questions posées à Zachary, 6 ans, et hypothèses de travail sur la première partie de l’expérience.

Qu’advient-il du sucre une fois mélangé à l’eau ?
Le sucre se dissout à l’eau et se transforme. Il devient de l’eau sucrée.

Peut-on faire la même expérience avec de l’eau froide ?
Dans l’eau froide, si on met du sucre, il vient un moment où ça va déborder. Ça se dissout moins et moins vite. Alors que dans l’eau chaude, ça ne déborde pas car ça se dissout très vite et on peut en mettre plus.

Observations à J3 :
Z : Les cristaux se sont formés sur le bâton qu’on a mis dans l’eau et aussi à la surface du liquide.

Observations à J7:
Z: Plus on attend de jours, plus il y a de cristaux qui se forment… Les cristaux sont assez gros, on peut les sortir de l’eau.

Que c’est-il passé ? D’où viennent les cristaux ? Comment se sont-ils formés ?
Quand l’eau était très chaude on ne voyait plus le sucre et quand ça s’est refroidi, c’est devenu des cristaux.

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Explication scientifique du phénomène

Le sucre est constitué de molécules de saccharose qui sont liées entre elles. Lorsqu’elles rencontrent les molécules d’eau, ces liaisons se défont pour former de nouvelles molécules. Le sucre cristal solide disparaît : on dit qu’il est dissout.

En chauffant l’eau, on augmente la quantité de sucre pouvant être dissoute. Lorsque la température baisse, l’agitation des molécules diminue et le sucre se retrouve en trop grande quantité par rapport aux molécules d’eau. Les molécules de saccharoses se lient à nouveau entre elles sur des surfaces comme les parois du verres, le fils, le trombone ou le bâtonnet.

C’est la formation des cristaux.

Pour les enfants, on peut comparer la liaison des molécules d’eau à celles du sucre comme deux groupes d’enfants qui se rencontrent. Un groupe de filles très nombreuses rencontre un groupe de garçon (moins nombreux) qui vont se mélanger entre eux. Lorsque l’eau bout, les enfants courent dans tous les sens, tout le monde est mélangé et quand les enfants se fatiguent (l’eau qui refroidi), les groupes se forment à nouveau : certains groupes seront composés de filles et de garçon (eau sucrée), mais comme il y a plus de filles, certaines resteront entre elles et formeront les « cristaux ».

_{[image credits: homemade]}

References

• Ref 1.
• Ref 2.
• Ref 3.
• Ref 4, pour les plus grands.