Les combustions

 

1. Définition.

On appelle réaction de combustion une réaction entre deux substances chimiques dont l'une brûle en dégageant de la chaleur.

On donne au corps qui brûle le nom de combustible et à celui qui permet la combustion le nom de comburant. On peut citer comme combustibles le bois, certains gaz comme le butane et le propane, l'essence, le fuel et comme comburant le plus connu le dioxygène.

Remarque : Une réaction de combustion a besoin d'être amorcée à l'aide d'une flamme.

2. Réaction de combustion entre le carbone et le dioxygène.

Expérience : Après avoir chauffé un morceau de fusain (constitué principalement de d'atomes de carbone) pour le rendre incandescent,on le place dans un récipient contenant du dioxygène.

Observation : Le fusain réagit devient plus incandescent et produit de vives étincelles puis la réaction s'arrête.

Interprétation : Les atomes de carbone (combustibles) ont réagi avec le dioxygène. Il reste du carbone (car il était en excès) mais le dioxygène a complètement disparu.

 

 

Mise en évidence du produit (de la substance formée) de la réaction : on verse dans le récipient de l'eau de chaux. Celle-ci se trouble.

La réaction a formé du dioxyde de carbone.

 

 

Conclusion

Les atomes de carbone ont réagi avec les molécules de dioxygène pour former du dioxyde de carbone

 

Equation-bilan de la réaction chimique

Pour comprendre les réactions chimiques et afin de pouvoir les reproduire et mieux les maîtriser, les chimistes ont inventé l'équation-bilan. Une équation-bilan permet de connaitre les proportions entre les différents réactifs et donne la possibilité de calculer les quantités de produits formés. Chaque réaction chimique est aujourd'hui "traduite" en écriture chimique à l'aide d'une équation-bilan.

La réaction de combustion du carbone peut se représenter à l'aide des modèles :

ce qui donne en notation chimique :

C + O2 --> CO2

Remarque :

Le carbone (solide) et le dioxygène (gazeux) disparaissent pour former une nouvelle espèce chimique : le dioxyde de carbone (gazeux).

Les atomes qui composaient la molécule de dioxygène et l'atome de carbone se sont arrangés différemment. Il n'y a plus de carbone solide ni de dioxygène à la fin de la réaction (on suppose ici la combustion complète) mais il y a toujours le même nombre d'atomes identiques à la fin de la réaction qu'au début ( 1 atome de carbone et 2 atomes de d'oxygène ).

Pour équilibrer une équation-bilan, il suffit de retenir la célèbre phrase de Lavoisier (il fût le premier grand chimiste français).

En chimie, rien ne se crée, rien ne se perd, tout se transforme.

Celà signifie que si des espèces chimiques disparaissent (les réactifs), ce n'est pas le cas des atomes qui les composent : ceux ci se réarangent autrement pour former de nouveaux corps (les produits).

3. Réaction de combustion du méthane.

Expérience : Le méthane est le gaz de ville distribué par GDF. La formule chimique de la molécule de méthane est CH4. Le bec Bunsen est l'appareil de chauffage au gaz qui est généralement utilisé.

Observation : La combustion produit une flamme bleue dont la température est proche de 900 °C. A cette température, les produits de la réaction sont gazeux.

 

Mise en évidence des produits de la réaction :

Le méthane contient des atomes de carbone. Il doit se former comme pour la combustion du carbone du dioxyde de carbone.

On place au dessus de la flamme un flacon afin de récupérer le gaz puis on y verse de l'eau de chaux : celle-ci se trouble.

La réaction produit des molécules de dioxyde de carbone.

Sur les parois du récipient s'est aussi formée de la buée : on vérifie cette formation en plaçant une coupelle au dessus de la flamme. Celle-ci se recouvre rapidement de buée.

La réaction produit des molécules d'eau.

 

Conclusion :

les molécules de méthane réagissent avec les molécules de dioxygène pour former des molécules de dioxyde de carbone et des molécules d'eau.

Equation-bilan de la réaction chimique.

Le bilan de la réaction de combustion du méthane est :

Le méthane et le dioxygène disparaissent pour former deux nouveaux corps : de l'eau et du dioxyde de carbone.

L'eau et le dioxyde de carbone n'ont pu se former qu'à partir des atomes qui composaient le méthane et le dioxygène. C'est pourquoi il faut obligatoirement avoir le même nombre d'atomes identiques avant et après la réaction chimique (plus simplement de chaque côté de la flèche).

Résolution de l'équation-bilan.

a) Il manque des atomes d'hydrogène (2 contre 4) après la flèche: deux atomes d'hydrogène de la molécule de méthane s'assemblent avec un atome d'oxygène. Comme il y a quatre atomes d'hydrogène, il va se former deux molécules d'eau.

b) Il manque maintenant des atomes d'oxygène avant la flèche (2 contre 4) : comme les atomes d'oxygène se trouvent dans les molécules de dioxygène, on en ajoute une seconde pour en avoir aussi 4 au total.

On peut alors écrire l'équation-bilan de la réaction en notation chimique : CH4 + 2 O2 ---> 2 H2O + CO2 .

 

Vous avez compris comment se résolvait une équation-bilan ? Voici une animation réalisée par un professeur du sud de la France.

 

Remarque : Les combustions d'autres gaz comme le butane et le propane produisent les mêmes produits mais dans des proportions différentes. L'écriture des équations-bilan de ces deux réactions nous le montre ici.

a) Pour le propane : C3H8 + 7 O2 ---> 3 CO2 + 4 H2O

b) Pour le butane : 2 C4H10 + 13 O2 ---> 8 CO2 + 10 H2O