Chapitre 6 :
Réaction de combustion
- La combustion : une transformation
1) Définition
Une combustion est
une transformation chimique qui produit de l'énergie
thermique.
Une combustion nécessite
un combustible : gaz, fuel, bois …, un comburant (substance
qui permet la combustion) : le dioxygène de l'air, une source
de chaleur (énergie d'activation) pour l'amorce : étincelle,
flamme …
2) Équation de la
réaction
Une réaction chimique,
est une transformation chimique au cour de laquelle des espèces
chimiques disparaissent (les réactifs) et d'autres espèces sont
formés (les produits).
L'équation chimique
correspond à l'écriture symbolique de la réaction chimique mise en
jeu. Les réactifs sont placé à gauche et les produits à droite.
Dans l'équation chimique
figure : les formules des réactifs et des produits, les
coefficients stœchiométriques placés devant qui permettent
d'assurer la conservation des éléments chimiques et des charges
électriques lors de la transformation, l'état physiques des espèces
chimiques porté en indices par les lettres (s) solides, (l) liquide,
(g) gaz, (aq) aqueuse.
Exemple : CH4(g) +
2 O2 = CO2(g) + 2 H2O(g)
3) Avancement et bilan
de matière
La mole est une quantité
de matière : Une mole 6,02 . 1023 entité
Le volume molaire d'un
gaz correspond au volume occupé par une mole de gaz à une
température et une pression donné.
Dans les conditions
normal de température et de pression Vm = 24 L . mol-1
Au cour d'une réaction
chimique, les quantités de matières des réactifs diminue et les
quantité des produits augmentent.
Cette évolution est
repéré par une grandeur appelé l'avancement noté x et
dont l'unité est la mole.
Équation Bilan
|
CH4
|
+
|
O2
|
→
|
CO2
|
+
|
2 H20
|
||||||
État
|
Avancement
|
n(CH4)
|
n(O2)
|
n(CO2)
|
n(H2O)
|
||||||||
Initial
|
xi = 0
|
n(CH4)
|
excès
|
0
|
0
|
||||||||
En cour
|
x
|
n(CH4) - x
|
excès
|
x
|
2x
|
||||||||
Final
|
xmax =
|
n(CH4) - xmax
|
excès
|
xmax
|
2xmax
|
||||||||
L'avancement final est
atteint lorsque l'un des réactifs à totalement disparue.
Le
réactif en excès est celui qui reste à la fin de la réaction
chimique.
Le
réactif limitant est celui qui a totalement disparue à la fin de la
réaction chimique.
A
la fin de la réaction lorsque les deux réactif ont totalement
disparue on dit qu'il sont en proportion stœchiométrique.
II.
Energie libérée et pouvoir calorifique
1)
Une transformation exothermique
La
réaction de combustion n'est pas spontanée : il faut lui fournir
une énergie (énergie d’activation) pour rompre les liaisons au
sein des réactifs afin que les atomes se réarrangent de
façon plus stable.
Lors
d'une combustion le système chimique devient plus stable, il libère
de l'énergie sous forme de chaleur : c'est une réaction
exothermique.
2)
Pouvoir calorifique d'un combustible
Le
pouvoir calorifique d'un combustible, noté PC, correspond à
l'énergie que peut fournir la combustion complète 1 kg de
combustible, en J. kg-1.
III.
Les dangers de la combustion et des combustibles
1)
Le monoxyde de carbone
Le
monoxyde de carbone (CO) est un gaz toxique, incolore et indolore. Il
se fixe sur l'hémoglobine du sang empêchant le transport du CO2 et
peut être mortel à faible dose.
Il
peut se former s'il y a une mauvaise aération (pas assez de O2), si
l'appareil de chauffage énergétique ne fonctionne pas correctement,
si l'appareil est anormalement utilisé trop longtemps.
2)
L’inflammation
Le
classement des liquides inflammables dépend de leur point éclair et
de leur température.
point
éclair : C'est la température minimal pour laquelle les vapeurs
dégagé sont suffisantes pour provoqué une explosion au contact
d'une étincelle.
3) L'explosion
Lorsque
la concentration en vapeur d'un produit inflammable est suffisante
dans l'air (comprise entre les limites supérieur et inférieur) le
mélange est dit détonnant : la combustion s'effectue en une durée
très courte.
L'énergie
E libérée pendant une durée Δ
fait que la puissance P est beaucoup plus grande, d’où des dégâts
lié au souffle.
4)
Prévention et protection
Des
comportements et un matériel adapté permettent de réduire ces
risques. Aération des pièces, entretient des appareils de
chauffage, alarme, extincteur, R.I.A. (robinet d'incendie armé) et
des sprinkles.
> Les réactifs sont placé à gauche et les produits à gauche.
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