Étude générale des combustions dans l'air

1. Dans l'air ou dans le dioxygène pur ?

Comparons la combustion d'un même corps dans l'air et dans le dioxygène pur.

Conclusion. Les combustions sont beaucoup plus vives dans le dioxygène pur que dans l'air. Cela confirme que c'est le dioxygène qui est le comburant. Dans l'air, il est « dilué » par le diazote (environ 4 volumes de diazote pour 1 volume de dioxygène) : les combustions y sont plus calmes.

Lors d'une combustion dans un volume d'air enfermé, seul le dioxygène est consommé ; la combustion s'arrête quand il en reste trop peu. Le diazote ne participe pas : on le retrouve intact à la fin.

2. Les produits des combustions : des oxydes

Au cours d'une combustion, le dioxygène s'unit au combustible. Les produits formés contiennent l'élément oxygène : on les appelle des oxydes.

Les combustions du soufre et du fer seront étudiées en détail dans les deux leçons suivantes.

Pour les combustibles qui contiennent du carbone et de l'hydrogène (le bois, le butane, le pétrole, la cire), on retient :

combustible + dioxygène → dioxyde de carbone + eau

3. Combustion complète et combustion incomplète

Combustion complète. Quand le dioxygène est en quantité suffisante, le carbone du combustible est entièrement transformé en dioxyde de carbone. Pour un gaz comme le butane, la flamme est alors bleue, très chaude, et elle ne noircit pas les marmites.

Combustion incomplète. Quand le dioxygène manque (fourneau dans une pièce fermée, trous d'air du réchaud bouchés, feu étouffé), la combustion est incomplète. Il se forme alors :

• du carbone en fines particules : la suie (ou noir de fumée), qui noircit les marmites et donne des fumées noires ; la flamme est jaune et éclairante ;
• du monoxyde de carbone, un gaz très toxique.

Le monoxyde de carbone est incolore, inodore (sans odeur) et ne pique pas les yeux : on ne se rend pas compte de sa présence. Respiré, il empêche le sang de transporter le dioxygène dans le corps. Il provoque des maux de tête, des vertiges, des nausées, puis une perte de connaissance, et il peut tuer. C'est pourquoi on ne laisse jamais un fourneau à charbon allumé, un réchaud ou un groupe électrogène dans une pièce fermée, surtout la nuit.

4. La conservation de la masse

Quand le charbon brûle, il semble disparaître. Pourtant, sa matière n'est pas perdue : elle se retrouve dans le dioxyde de carbone formé, qui est un gaz invisible et s'échappe dans l'air.

Si l'on fait brûler le combustible dans un récipient fermé (on pèse le flacon, le dioxygène et le combustible avant, puis le flacon et les produits après), on constate que la masse totale ne change pas. C'est la loi de conservation de la masse, établie par Lavoisier :

Au cours d'une transformation chimique, la masse totale des réactifs consommés est égale à la masse totale des produits formés.

Des mesures précises montrent par exemple que 12 g de carbone brûlent complètement avec 32 g de dioxygène et donnent 44 g de dioxyde de carbone. On vérifie : 12 + 32 = 44 g.

Les masses sont proportionnelles : pour 3 g de carbone (4 fois moins), il faut 32 ÷ 4 = 8 g de dioxygène et il se forme 44 ÷ 4 = 11 g de dioxyde de carbone. Vérification : 3 + 8 = 11 g.

5. Réponses aux questions des élèves

Le charbon brûle si fort dans le flacon parce qu'il y trouve du dioxygène pur, alors que l'air n'en contient qu'un cinquième. Le fourneau dans une pièce fermée manque de dioxygène : la combustion devient incomplète et produit du monoxyde de carbone, gaz toxique qui donne des maux de tête et peut tuer. Enfin, la matière du charbon n'est pas perdue : elle se retrouve dans le dioxyde de carbone formé, et la masse totale se conserve.