Fiche de physique - chimie
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Les combustions et les transformations chimiques

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Pour faire un barbecue, on fait brûler du charbon de bois, qui est constitué essentiellement de carbone de symbole chimique: C.
On a tous observé que le charbon de bois brûle mieux en présence d'un courant d'air ou lorsque l'on souffle dessus. Le charbon de bois se consume, cette transformation chimique s'appelle une combustion. Les combustions se manifestent en général par une augmentation de la température, une émission de lumière et parfois par un bruit (explosion).

I. La combustion: une transformation chimique.

Les combustions sont des transformations chimiques, au cours desquelles des réactifs (espèces initiales) disparaissent pour former des nouveaux produits. On appelle réactif le corps consommé lors de la transformation chimique et on appelle produit le corps formé au cours de la transformation chimique.
La combustion est donc un exemple de transformation chimique car:

REACTIFS equivaut PRODUITS


La combustion du charbon de bois nécessite la présence d'un combustible (le carbone contenu dans le charbon de bois) et d'un comburant (le dioxygène de l'air).Dans une combustion, il y a simultanément présence d'un combustible et d'un comburant.
Il y a différents types de combustions que nous allons étudier: les combustions complètes et les combustions incomplètes.

II. Les combustions complètes.

1. La combustion du carbone.

Un morceau de fusain est composé de carbone, on le porte à incandescence à l'aide d'un briquet puis on l'introduit dans un flacon contenant du dioxygène, le fusain brûle plus vivement et son volume diminue.
Une fois la combustion terminée, on ajoute de l'eau de chaux dans le flacon et on le secoue. On constate que l'eau de chaux se trouble.
Lors de la combustion, le fusain diminue de volume jusqu'à ce que le carbone, composant essentiel du fusain ait disparu.
A la fin de l'expérience, le fusain s'arrête de brûler car il n'y a plus de dioxygène dans le flacon, celui-ci ayant réagi totalement avec le carbone.
Au cours de la combustion du fusain, le carbone (le combustible) et le dioxygène (le comburant), qui sont les réactifs, ont disparu alors qu'un produit nouveau apparaît: le dioxyde de carbone de formule chimique CO2, identifiable grâce au trouble de l'eau de chaux.
La combustion s'arrête lorsque l'un des deux réactifs a disparu totalement, on parle de réactif en défaut, le réactif qui reste est alors en excès.
Le bilan de cette combustion qui est une transformation chimique s'écrit ainsi:

Carbone + Dioxygène equivaut Dioxyde de carbone.
C + O2 equivaut CO2


La flèche va des réactifs qui disparaissent vers les produits qui se forment et elle se lit: «donne».
Le signe + signifie «réagit avec».

2. La combustion du butane.

Le butane a pour formule chimique brute C4H10, c'est le gaz utilisé dans les briquets.
Si on allume un briquet et que l'on place sa flamme au dessus d'un tube à essai sec et froid, il se forme de la buée sur les parois du tube donc de l'eau s'est formée.
On verse ensuite de l'eau de chaux dans le tube, celle-ci se trouble donc du dioxyde de carbone s'est formé.
Le butane est un combustible qui réagit avec l'oxygène de l'air qui est le comburant. La combustion du butane est une transformation chimique où le butane et le dioxygène sont les réactifs et le dioxyde de carbone et l'eau sont les produits.

Le bilan de cette combustion s'écrit :
Butane + Dioxygène equivaut Dioxyde de carbone + Eau


Remarque : Il existe un autre gaz qui donne le même bilan chimique: c'est le méthane de formule chimique brute CH4, c'est le composant essentiel du gaz de ville.
Méthane + Dioxygène equivaut Dioxyde de carbone + Eau


III. La combustion incomplète.


Lorsque l'on observe un feu de forêt, on voit des fumées noires qui se forment. La combustion incomplète se produit lorsque la quantité de comburant (le dioxygène) est insuffisante pour permettre une réaction complète du combustible.
Cette combustion incomplète produit des résidus de combustion, sous forme de cendres qui émettent des fumées: certains composés, comme le monoxyde de carbone de formule chimique brute CO (gaz très dangereux car incolore, inodore et toxique voir mortel) ou des particules de carbone pur (suie, goudrons, cendres....).
On peut observer facilement la combustion incomplète du butane: on allume un briquet et on augmente le débit du gaz en tournant la molette, on observe alors une grande flamme jaune. On approche une coupelle blanche au-dessus de la flamme, on observe un dépôt noir recouvrant la coupelle.
En augmentant le débit du gaz butane, il se forme de l'eau et du dioxyde de carbone mais aussi des particules solides de carbone qui ne brûlent pas par manque de dioxygène; ces particules incandescentes donnent par ailleurs la couleur jaune à la flamme du briquet.
Si par contre, la flamme est bleue, c'est que la quantité de dioxygène est suffisante pour n'obtenir que de l'eau et du dioxyde de carbone, ces produits formés ne peuvent pas brûler à leur tour, on est dans le cas d'une combustion complète.

En conclusion, lorsque la quantité de dioxygène apportée par l'air est insuffisante, la combustion est incomplète et des produits comme le carbone et le monoxyde de carbone peuvent encore brûler.

La combustion incomplète présente des dangers car l'intoxication au monoxyde de carbone est la première cause de décès par intoxication en France. Le célèbre écrivain Emile Zola est décédé le 29 septembre 1902 d'une intoxication au monoxyde de carbone due au mauvais tirage de la cheminée de sa chambre; sa femme, proche de la fenêtre, a pu être ranimée au petit matin.

Le monoxyde de carbone se fixe sur l'hémoglobine des globules rouges du sang, il se forme alors un composé stable: le carboxyhémoglobine. Ainsi l'hémoglobine n'est plus disponible pour transporter le dioxygène indispensable à la vie des cellules. La mort est inévitable dès lors que les deux tiers de l'hémoglobine sont transformés en carboxyhémoglobine.
On retiendra que, parmi les sources de monoxyde de carbone, il y a les appareils de chauffage d'appoint qui vont consommer le dioxygène présent dans la pièce où ils fonctionnent et vont y rejeter du monoxyde de carbone. Tous les systèmes fixes de chauffage avec combustion dont l'entretien est défectueux ou installés dans une pièce mal ventilée (bouches d'aération obstrués l'hiver).Il y a aussi les moteurs à explosion quel que soit le combustible (automobiles, groupes électrogènes....),les appareils qui produisent de l'eau chaude avec combustion et tout appareil ou outillage avec combustion.
Enfin la combustion du tabac est la principale source d'exposition chronique au monoxyde de carbone.

Remarques :
Les combustions mêmes complètes présentent des risques d'incendie, des risques d'asphyxie (consommation du dioxygène par la combustion), des risques d'explosion lorsque les combustibles gazeux sont mélangés dans certaines proportions.
Lors d'une combustion, il faut toujours prévoir des mesures de sécurité: l'évacuation des gaz brûlés pour se débarrasser du dioxyde de carbone et l'aération du local pour empêcher la formation du monoxyde de carbone.
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