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Combustion
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Exercices

1/ Pour qu'une combustion ait lieu,il faut un combustible, un comburant (dioxygène de l'air) et une source de chaleur.On parle de triangle du feu.

Comprendre

triangle du feuConstruction Rocket Stove avancé

Le combustible est très souvent un produit contenant du carbone(charbon,pétrole,bois,méthane, butane...) et le comburant est le dioxygène (très rarement un autre oxydant).
La réaction a en général besoin d'énergie pour démarrer, c'est pour cela qu'il faut une étincelle ou une source de chaleur pour démarrer un feu. C'est une réaction d'oxydo-réduction où le combustible est le réducteur et le comburant l'oxydant.

2/ La combustion du carbone consomme du dioxygène et produit du dioxyde de carbone.

Comprendre

réaction combustion carbone Le barbecue, une réaction chimiqueLa charbon propre?Transition énergétique

Le dioxygène (O2) s'associe avec le carbone(C) lors de la combustion. Ils forment ensemble du dioxyde de carbone(CO2),une molécule très stable. Le dioxygène et le carbone disparaissent donc au cours de la réaction car leurs atomes sont maintenant présents dans les molécules de dioxyde de carbone.

Appliquer

Pour communiquer facilement entre eux, les chimistes ont inventé une façon de représenter clairement une réaction chimique. Ils ont nommé cela une équation chimique.

Réactif:
molécule présente dès le début d'une transformation chimique qui va réagir avec une autre pour former un produit
Produit:
molécule produite par une réaction chimique.

Lors d'une réaction chimique, les atomes des réactifs se réarrangent pour former les produits.La quantité de réactifs diminue et la quantité de produit augmente.
On écrit les formules des espèces chimiques présentes au début de la réaction( les réactifs)à gauche séparés par des plus. A droite, on indique les formules brutes des espèces chimiques qui vont apparaître au cours de la réaction( les produits). Entre les deux, on indique par une flèche que les réactifs vont devenir des produits.
Réactif 1 + Réactif 2 -> Produit 1 + Produit 2 Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transformeAntoine de Lavoisier Cela signifie que les atomes présents au début d'une réaction ne feront que se réorganiser lors d'une réaction chimique.
Comme aucun atome ne se perd et aucun ne se crée, le nombre d’atome de chaque type reste le même au cours de n’importe quelle réaction chimique. Il faut donc que l’équation chimique respecte cette réalité.

On va donc indiquer combien de molécules sont engagées dans la réaction et combien sont produites pour que l’on ait le même nombre de chaque type d’atome dans les produits et les réactifs. Le but étant que si la réaction commence avec huit atomes de carbone et 16 atomes d’oxygène, on puisse observer qu’elle s’achève avec exactement les mêmes atomes en présence.
On indique le nombre de molécules grâce à des nombres qu’on placera devant les molécules. On les appellera souvent coefficient réactionnel ou coefficient stœchiométrique.
Pour respecter ce principe, on ne modifiera pas les formules des molécules qui sont présentes dans l'équation chimique mais leur nombre: on dit qu'on équilibre l'équation.
2H2(gaz)+ O2 (gaz) -> 2H2O
Pour équilibrer l'équation, on va placer des coefficients de sorte que chaque type d'atome soit aussi représenté d'un côté que de l'autre. La photosynthèse permet aux plantes d'utiliser l'énergie de la lumière pour produire du glucose (sucre) selon l'équation:
6CO2 + 6H2O + lumière -> C6H12O6 + 6O2

Méthode pour équilibrer une équation-bilan:

On traite un atome à la fois, on commence par choisir le moins représenté(par exemple le carbone) et on met des coefficients devant les molécules contenant du carbone afin qu'autant de carbone soit présent dans les réactifs et dans les produits.
On choisit ensuite un deuxième atome(par exemple l'oxygène) et on place de nouveau les coefficients devant les molécules contenant de l'oxygène.
On continue jusqu'à ce que tous les atomes présents soient présents en même quantité de chaque côté de la flèche.

3/ La combustion du méthane(ou du butane) consomme du dioxygène et produit du dioxyde de carbone et de l'eau.

Comprendre

molécules methane propane butaneAnimation effet de serrePic pétrolier et transition

Le méthane(CH4) et le butane(C4H10) contiennent du carbone et de l'hydrogène.Quand ils réagissent avec le dioxygène(O2), leurs atomes de carbone se lient chacun à deux atomes d'oxygènes pour donner du dioxyde de carbone(CO2). Leurs atomes d'hydrogène se lient avec l'oxygène (deux par oxygène ) pour former de l'eau (H2O). Le méthane est aussi appelé gaz naturel et le butane est très utilisé dans les briquets. Les combustions produisant du dioxyde de carbone, ces réactions vont avoir tendance à augmenter l'effet de serre.

4/ La combustion libère de l'énergie.

Comprendre

C'est pour cela que le feu peut nous brûler, il libère son énergie sous forme de chaleur.
La réaction a besoin d'énergie pour démarrer, c'est l'énergie nécessaire pour casser les liaisons entre les atomes du combustible. Une fois que ces liaisons sont cassées, le dioxygène peut beaucoup plus facilement créer des liaisons avec le carbone et l'hydrogène.
Quand ces liaisons se créent, cela libère beaucoup d'énergie, ce qui va casser d'autres liaisons du combustible et échauffer l'air ambiant. Souvent l'air au voisinage de la réaction est tellement chaud qu'il commence à émettre de la lumière.

Appliquer

Changement d'état: 10 à 100kJ/mol
Combustion: 1000 à 10 000kJ/mol
Transformation nucléaire: 1011 à 1013kJ/mol

Analyse

Qu'est-ce qu'une flamme?

5/ Certaines combustions peuvent être dangereuses car très rapides. On dit qu'elles sont explosives.

Comprendre

Une réaction explosive va libérer beaucoup de chaleur d'un coup, cela va dilater l'air autour d'elle et créer un courant d'air qui peut être très violent. On parle aussi d'onde de choc pour désigner ce courant d'air.

6/ Certaines combustions peuvent être incomplètes et libérer des produits dangereux pour la santé.(monoxyde de carbone CO)

Comprendre

Construction Rocket Stove

Il arrive très souvent que l'air n'arrive pas suffisamment vite à l'endroit de la réaction. Les atomes du combustible sont alors prêts à réagir mais il n'y a pas assez de dioxygène pour réagir avec eux. Ils réagissent donc avec ceux qu'il y a pour former un peu de CO2, un peu de CO(monoxyde de carbone) voire du carbone seul(qu'on appelle de la suie).
Outre le fait que ces réactions produisent beaucoup moins d'énergie et que la suie encrasse tous les conduits, le monoxyde de carbone est un gaz très dangereux car il est impossible de le sentir. Il prend la place du dioxygène dans notre organisme et si le cerveau n'a plus d'oxygène, on peut s'évanouir et mourir. La solution consiste à toujours bien ventiler les pièces où il y a combustion et ne pas obstruer les conduits d'aération afin d'évacuer ce gaz.