Définition de la combustion en chimie

La combustion est une réaction chimique qui se produit entre un carburant et un agent oxydant qui produit de l'énergie, généralement sous forme de chaleur et de lumière. La combustion est considérée comme une réaction chimique exergonique ou exothermique. Il est également connu sous le nom de brûlure. La combustion est considérée comme l'une des premières réactions chimiques intentionnellement contrôlées par l'homme.

La raison pour laquelle la combustion dégage de la chaleur est que la double liaison entre les atomes d'oxygène dans O₂ sont plus faibles que les liaisons simples ou autres doubles liaisons. Ainsi, bien que l'énergie soit absorbée dans la réaction, elle est libérée lorsque les liaisons plus fortes se forment pour produire du dioxyde de carbone (CO₂) et de l'eau (H₂O). Bien que le carburant joue un rôle dans l'énergie de la réaction, il est mineur en comparaison car les liaisons chimiques dans le carburant sont comparables à l'énergie des liaisons dans les produits.

Mécanique

La combustion se produit lorsqu'un carburant et un oxydant réagissent pour former des produits oxydés. En règle générale, de l'énergie doit être fournie pour déclencher la réaction. Une fois la combustion démarrée, la chaleur dégagée peut rendre la combustion autonome.

Prenons par exemple un feu de bois. Le bois en présence d'oxygène dans l'air ne subit pas de combustion spontanée. L'énergie doit être fournie, à partir d'une allumette allumée ou d'une exposition à la chaleur. Lorsque l'énergie d'activation de la réaction est disponible, la cellulose (un glucide) du bois réagit avec l'oxygène de l'air pour produire de la chaleur, de la lumière, de la fumée, des cendres, du dioxyde de carbone, de l'eau et d'autres gaz. La chaleur du feu permet à la réaction de se poursuivre jusqu'à ce que le feu devienne trop froid ou que le combustible ou l'oxygène soit épuisé.

Exemples de réactions

Un exemple simple d'une réaction de combustion est la réaction entre l'hydrogène gazeux et l'oxygène gazeux pour produire de la vapeur d'eau:

2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O (g)

Un type de réaction de combustion plus familier est la combustion du méthane (un hydrocarbure) pour produire du dioxyde de carbone et de l'eau:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

ce qui conduit à une forme générale de réaction de combustion:

hydrocarbure + oxygène → dioxyde de carbone et eau

Oxydants

La réaction d'oxydation peut être considérée en termes de transfert d'électrons plutôt qu'en termes d'oxygène élémentaire. Les chimistes reconnaissent plusieurs combustibles capables d'agir comme oxydants pour la combustion. Ceux-ci comprennent l'oxygène pur et également le chlore, le fluor, l'oxyde nitreux, l'acide nitrique et le trifluorure de chlore. Par exemple, l'hydrogène brûle, libérant de la chaleur et de la lumière, lorsqu'il réagit avec du chlore pour produire du chlorure d'hydrogène.

Catalyse

La combustion n'est généralement pas une réaction catalysée, mais le platine ou le vanadium peuvent agir comme catalyseurs.

Combustion complète ou combustion incomplète

La combustion est dite "complète" lorsque la réaction produit un nombre minimal de produits. Par exemple, si le méthane réagit avec l'oxygène et ne produit que du dioxyde de carbone et de l'eau, le processus est une combustion complète.

Une combustion incomplète se produit lorsque l'oxygène est insuffisant pour que le carburant se convertisse complètement en dioxyde de carbone et en eau. Une oxydation incomplète d'un carburant peut également se produire. Elle se produit également lorsque la pyrolyse se produit avant la combustion, comme c'est le cas avec la plupart des carburants. En pyrolyse, la matière organique subit une décomposition thermique à haute température sans réagir avec l'oxygène. Une combustion incomplète peut produire de nombreux produits supplémentaires, notamment du charbon, du monoxyde de carbone et de l'acétaldéhyde.