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Combustion de l'ammoniac

Posté par
mikel83
05-12-22 à 11:15

Bonjour!
1) On me dit que dans les CNTP, l'ammoniac NH3(g) brûle dans l'oxygène en produisant de l'azote et de l'eau. C'est donc une réaction rédox ? Je n'arrive pas à établir correctement les demi équations pour retrouver les produits finaux ?
2) On me dit par ailleurs qu'à 800 °C, sous une pression de 3 Bar et en présence d'un catalyseur (du platine ?) , l'oxydation de l'ammoniac NH3(g) par l'oxygène de l'air donne du monoxyde d'azote NO . Là aussi, j'ai du mal à écrire les demi équations rédox pour comprendre ce qui se passe ???
3) et enfin, l'oxyde NO réagit avec le dioxygène à la température ambiante pour donner du NO2 ; Ok, mais comment ?

Posté par
vanoise
re : Combustion de l'ammoniac 05-12-22 à 11:55

Bonjour
En phase gazeuse, il est souvent préférable d'utiliser la notion de nombre d'oxydation. Cela te parle ?
Sinon on peut s'en sortir avec les demie équations....

Posté par
mikel83
re : Combustion de l'ammoniac 05-12-22 à 12:05

Non, je ne maîtrise pas encore cette notion ...

Posté par
vanoise
re : Combustion de l'ammoniac 05-12-22 à 12:44

Pour la première réaction, tu peux t'intéresser aux couples
O2/H2O et N2/NH3 .
Pour la seconde, tu peux t'intéresser aux couples
O2/H2O et NO/NH3 .
Pour la troisième  réaction, tu peux t'intéresser aux couples
O2/H2O et NO2/NO . Bien sûr la méthode des demie réactions est parfaite pour l'étude des piles mais peu adaptée ici. Si la notion de nombre d'oxydation t'es inconnue, tu peux revenir à la définition primitive de l'oxydation qui a d'ailleurs donné son nom au phénomène :
oxydation : gain d'élément oxygène ;
réduction : perte d'élément oxygène.
Bien sûr, cette définition manque de généralité.

Posté par
mikel83
re : Combustion de l'ammoniac 05-12-22 à 14:27

Je viens de trouver que dans le diagramme énergétique de la molécule O2  toutes les orbitale moléculaires sont occupées, sauf les deux orbitales antiliantes de plus haute énergie   pi1*  et pi2* qui contiennent chacune 1 électron de même spin.
Donc, si O2  capte un électron, il se positionnera sur une de ces orbitales pour former l'ion O2- qui sera instable car cette orbitale est antiliante; on a donc:
O2 +e- ---> O2-.
Pour NH3, je suppose que l'on a (je n'ai pas trouvé pourquoi):
NH3 ---> 1/2 N2+3 H+ + 3 e- ?
La somme n'est pas facile à équilibrer  pour obtenir les H2 O ....

Posté par
vanoise
re : Combustion de l'ammoniac 05-12-22 à 19:20

Tu te compliques la vie avec les orbitales moléculaires. La méthode est toujours la même :
1° : équilibrer l'élément principal (N ici)
2° : équilibrer O en faisant intervenir H2O
3° : équilibrer H en faisant intervenir H+
4° : équilibrer les charges en faisant intervenir e-
La première étape n'a pas lieu d'être pour le couple O2/H2O.

Posté par
mikel83
re : Combustion de l'ammoniac 05-12-22 à 19:35

Équilibrer la réaction je sais faire, j'ai trouvé :
4 NH3 (g) + 3O2 (g) ---> 2 N2 + 6 H2O.
Mais je cherche à comprendre le détail du mécanisme de la réaction...

Posté par
vanoise
re : Combustion de l'ammoniac 05-12-22 à 22:07

Ici, il n'y a pas véritablement de transfert d'électrons mais certaines liaisons non polarisées deviennent polarisées et d'autres polarisées deviennent non polarisées. On voit clairement ici que la densité électronique augmente autour de O dans le passage de O2 à H2O alors que cette densité électronique diminue autour de N dans le passage de NH3 à N2....
Mais je suis presque en train de te faire un cours sur l'intérêt des nombres d'oxydation...

Posté par
mikel83
re : Combustion de l'ammoniac 06-12-22 à 08:37

Bonjour!
Au vu des produits de la réaction,  j'imagine  que:
1) les trois liaisons hydrogène de la molécule d'ammoniac  sont cassées ?
2) les atomes d'hydrogène vont ensuite se lier aux atomes d'oxygène pour former de l'eau  ?
Mais comme on est à température normale et à pression normale, je ne sais pas très bien d'où vient l'énergie qui va briser les liaisons de l'ammoniac et qui va casser la molécule de dioxygène ?
J'ai un peu regardé cette notion de nombre d'oxydation: je n'ai pas  encore tout compris, il faut que je la travaille en profondeur, et ton cours sera le bienvenu. Cependant, en première impression, ce sont des règles qui se basent certes sur la structure des molécules, mais qui s'applique un peu comme des recettes de cuisine ? Ce n'est pas péjoratif, mais c'est un peu ce que je déteste dans l'enseignement classique de la chimie, et c'est la raison pour laquelle je m'intéresse beaucoup à la chimie quantique: on se rapproche beaucoup plus de la réalité physiques des phénomènes ...  

Posté par
vanoise
re : Combustion de l'ammoniac 06-12-22 à 13:02

Je voulais juste dire que les liaison NH dans la molécule d'ammoniac sont polarisées N(-) - H(+) alors que la liaison entre les deux atomes N de la  molécule N2 n'est pas polarisée car existant entre deux atomes identique. Il y a donc perte partielle d'électrons par l'élément N lors de cette réaction ; il y a donc oxydation.
De même absence de polarisation des liaisons dans O2 alors que la liaison O-H dans une  molécule d'eau est polarisée O(-)-H(+) : l'environnement électronique de O augmente au cours de la réaction : il y a gain partiel d'électron donc réduction, par analogie avec la théorie que tu connais sur les piles.

Posté par
mikel83
re : Combustion de l'ammoniac 06-12-22 à 19:01

Merci pour ces informations! Cela confirme ce que je pensais.
Entre temps, j'ai consulté un grand nombre d'articles sur le net concernant les réactions de combustion, et j'ai acquis la certitude que ces réactions sont complexes dans leurs mécanismes de base: si j'ai bien compris, de nombreux radicaux intermédiaires interviennent ... et on est loin de la vision naïve que j'en avais ;  par exemple http://www.uqac.ca/chimie_ens/Cinetique_chimique/CHAP_7.html.



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