Une réaction de combustion a lieu lorsqu’un combustible et un agent oxydant, ou oxydant, réagissent, libérant de l’énergie sous forme de chaleur, et parfois de lumière. Les processus les plus connus de ce type impliquent la combustion de matières organiques contenant du carbone et de l’hydrogène, qui se combinent avec l’oxygène de l’air pour former du dioxyde de carbone et de l’eau. Ici, le combustible est quelque chose comme le bois, l’essence ou le charbon, et l’oxydant est l’oxygène. De nombreux autres types de réaction de combustion sont cependant possibles. Les réactions de ce type sont essentielles à la vie et sont exploitées pour produire de l’électricité, fournir de la chaleur, faire fonctionner des véhicules motorisés et de bien d’autres manières.
Oxydation
L’oxydation est un processus chimique dans lequel les électrons sont retirés d’une substance, libérant de l’énergie. Le terme vient du fait que les exemples les plus familiers impliquent des substances se combinant avec de l’oxygène, qui gagne des électrons dans le processus. D’autres éléments, cependant, peuvent également agir comme oxydants. Par exemple, l’élément fluor est un oxydant plus puissant que l’oxygène. Le processus peut se produire extrêmement rapidement, ce qui peut entraîner une explosion où toute l’énergie est libérée presque instantanément, et le gaz chaud se dilate violemment, créant une onde de pression et un bruit fort. Alternativement, cela peut se produire modérément rapidement, comme dans le cas d’un incendie, ou beaucoup plus lentement, comme dans la rouille du fer.
Combustion spontanée
Habituellement, une certaine énergie doit être fournie pour démarrer une réaction de combustion. Cela peut être simplement frapper une allumette ou générer une étincelle. Après cela, la réaction est auto-entretenue, ce qui signifie que l’énergie libérée par la réaction elle-même la maintient.
Dans certains cas, cependant, il peut y avoir suffisamment d’énergie présente à température ambiante, voire inférieure, pour que la réaction se déroule. Tout dépend de l’oxydant et du combustible : si l’oxydant est suffisamment puissant et que le combustible s’enflamme facilement, ils peuvent s’enflammer lorsqu’ils sont mélangés, sans qu’il soit nécessaire d’apporter de la chaleur. C’est ce qu’on appelle la combustion spontanée. Les oxydants forts doivent donc être manipulés avec le plus grand soin, car ils peuvent provoquer des incendies ou des explosions s’ils entrent en contact avec des matériaux inflammables.
Produits de combustion
Étant donné que la combustion implique généralement des éléments dans le carburant se combinant avec de l’oxygène, les produits sont généralement des oxydes. Dans les substances organiques, le carbone et l’hydrogène se combinent généralement avec l’oxygène pour produire du dioxyde de carbone (CO2) et de l’eau (H2O). Cependant, d’autres substances peuvent également brûler. Par exemple, le soufre et le phosphore brûlent facilement, produisant des oxydes. Les métaux, s’ils sont en poudre, brûleront également, formant des oxydes et produisant souvent des flammes brillamment lumineuses – le magnésium, l’aluminium et d’autres métaux sont souvent utilisés dans les feux d’artifice pour cette raison.
Souvent, une réaction de combustion impliquant des matières organiques est incomplète. Dans le cas du bois, par exemple, une partie du carbone non brûlé est libérée sous forme de minuscules particules sous forme de fumée et, généralement, une partie est laissée sous forme de charbon de bois. Lorsqu’il n’y a pas assez d’oxygène disponible pour oxyder tout le carbone de certains carburants en dioxyde de carbone (CO2), un autre gaz appelé monoxyde de carbone (CO) peut être produit. Lorsque cela se produit dans un espace clos, comme cela peut être le cas avec une chaudière défectueuse, les conséquences peuvent être fatales, car le CO est toxique et inodore.
Facteurs affectant l’inflammabilité
Outre les facteurs chimiques, tels que la réactivité du combustible et de l’oxydant, il existe un certain nombre de facteurs physiques qui influencent l’inflammabilité. L’un d’eux est la surface de carburant qui entre en contact avec l’oxydant. Il n’est pas possible dans des circonstances normales de faire brûler un morceau de fer, mais sous la forme d’une poudre extrêmement fine, ce métal s’enflammera spontanément à l’air.
Les combustibles liquides ne brûlent pas réellement, bien qu’il semble souvent qu’ils le fassent. C’est la vapeur dégagée par le carburant qui prend feu, et donc l’inflammabilité d’un liquide dépend en partie de la quantité de vapeur qu’il produit. La température à laquelle il y a suffisamment de vapeur dans l’air pour qu’il s’enflamme est connue sous le nom de point d’éclair ; il s’agit d’informations importantes pour le stockage et la manipulation de liquides inflammables
Respiration cellulaire
C’est le processus par lequel les cellules des organismes vivants oxydent les nutriments tels que les glucides en dioxyde de carbone et en eau. Étant donné que les produits finaux sont les mêmes que ceux qui seraient produits si ces matières premières étaient brûlées, la réaction globale peut être considérée comme une combustion, mais comme elle se déroule en plusieurs étapes distinctes, elle est beaucoup plus lente que ce que l’on entend normalement. par ce terme. Néanmoins, il produit toujours de la chaleur et aide à maintenir la température corporelle. Dans une démonstration bien connue, une petite quantité de sucre est mélangée à un oxydant puissant et enflammée, le faisant brûler assez violemment pour faire fondre le verre, montrant ainsi la quantité d’énergie emprisonnée dans les molécules de sucre. Dans le corps, cette énergie est libérée beaucoup plus lentement, mais le principe est le même.
Les usages
Les premiers hommes ont d’abord utilisé le feu pour se réchauffer, puis pour cuire les aliments, une pratique qui tuait les micro-organismes et les parasites nuisibles. La révolution industrielle dépendait de la combustion de combustibles – d’abord du bois, puis des combustibles fossiles tels que le charbon et le pétrole – pour fournir la chaleur nécessaire à la fonte des métaux. Aujourd’hui, la combustion est utilisée pour produire de l’électricité et fabriquer une vaste gamme de produits chimiques et de produits, et le moteur à combustion interne utilise également la combustion rapide de combustibles fossiles pour fournir l’énergie cinétique qui alimente les voitures et autres véhicules.