Une réaction chimique : la combustion du méthane

« Une réaction chimique : la combustion du méthane Le méthane est le composant principal du gaz naturel.

C'est aussi le principal constituant du bio-gaz issu de la fermentation de matières organiques animales ou végétales en l'absence d'oxygène. Sa molécule possède 1 atome de carbone (C) et 4 atomes d'hydrogène (H), d’où sa formule CH4 Plus de renseignement sur le site : http://www.techno-science.net/?onglet=glossaire&definition=3516 Pour que le gaz méthane brûle, il faut que des molécules de dioxygène et des molécules de méthane soient mélangées.

Sous l’effet de la chaleur (qui est un apport d’énergie), les molécules de méthane et de dioxygène se cassent.

Les atomes qui les constituent se séparent pendant un bref instant. Les atomes s’assemblent différemment pour donner de nouvelles molécules : des molécules de dioxyde de carbone et des molécules d’eau.

Cette reconstruction est accompagnée d’un important dégagement d’énergie sous forme de chaleur. Bilan global de la réaction chimique : Les corps qui réagissent et disparaissent sont appelés les réactifs REACTIFS, les corps qui se forment sont appelés les PRODUITS DE LA REACTION. Dans notre cas, Réactif n°1 Gaz méthane Constitué de molécules de méthane CH4 Réactif n°2 Gaz dioxygène Constitué de molécules de dioxygène O2 Produit de la réaction n°1 Gaz dioxyde de carbone Constitué de molécules de dioxyde de carbone CO2 Produit de la réaction n°2 Eau sous forme de gaz (vapeur d’eau) Constitué de molécules d’eau H2O Différentes écriture de la réaction chimique Ecriture n°1 : on indique seulement les noms des corps chimiques qui interviennent le méthane réagit avec le dioxygène pour donner du dioxyde de carbone et de l’eau Ecriture n°2 : on indique les noms et états physiques des corps chimiques qui interviennent le gaz méthane réagit avec le gaz dioxygène pour donner du gaz dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau Ecriture n°3 : on indique en plus la structure atomique ou moléculaire des corps chimiques qui interviennent Des molécules gaz méthane réagissent avec des molécules de gaz dioxygène pour donner des molécules de gaz dioxyde de carbone et des molécules de vapeur d’eau Ecriture n°4 : on utilise les formules chimiques des corps chimiques qui interviennent Des molécules CH4 réagissent avec des molécules O2 pour donner des molécules CO2 et des molécules H2O Ecriture n°5 : présentation classique du bilan de la réaction des molécules CH4 + des molécules O2 des molécules CO2 + des molécules H2O Ecriture n°6 : Attention ceci est une écriture fausse car le bilan n’est pas équilibré CH4 + O2 CO2 + H2O CETTE EQUATION BILAN N’EST PAS EQUILIBREE Quelques règles à respecter pour équilibrer une équation bilan : • Règle n°1 : Le nombre total d’atomes de chaque sorte contenu dans les molécules des réactifs doit être exactement que le nombre total d’atomes de chaque sorte contenu dans les molécules des produits de la réaction. • Règle n°2 : Il n’est pas possible de modifier la formule chimique des molécules, ni d’imaginer des molécules incomplètes. Pourquoi l’écriture n°6 est-elle fausse ? On a écrit que une molécule de méthane réagit avec une molécule de dioxygène pour donner une molécule de dioxyde de carbone et une molécule d’eau.

Ce qui est montré ci-dessous en schématisant les molécules. CH4 + O2 CO2 + H2O En utilisant les schémas des molécules, on constate que le nombre d’atomes de chaque sorte n’est pas identique de part et d’autre de la flèche ! IL FAUT EQUILIBRER CETTE EQUATION BILAN En respectant les 2 règles énoncées ci-dessus et en agissant uniquement sur le nombre de molécules, on va faire en sorte que le nombre d’atomes de chaque sorte soit identique.

Pour être plus efficace, on traite chaque sorte d’atome séparément et dans l’ordre C – H – O On imagine qu’on utilise une seule molécule de méthane 1 CH4 + O2 CO2 + H2O Les atomes qui constituaient cette molécule se détachent les uns des autres momentanément CH4 + O2 CO2 + H2O Et ils vont se ré-assembler différemment pour donner de nouvelles molécules CH4 + O2 CO2 + H2O l’atome de carbone se retrouve dans le CO2, qui contient un atome C par molécule et les 4 atomes d’hydrogène se retrouvent dans H2O qui contient 2 atome H par molécule. Donc on récupère 1 molécule de CO2 et 2 molécules d’eau H2O 1 CH4 + O2 1 CO2 + 2 H2O Il ne reste plus qu’à équilibrer l’équation bilan pour les atomes O Si on intervient sur le nombre de molécules CO2 et H2O on détruit le travail fait précédemment.

Donc on ne peut agir que sur le nombre de molécules O2 présentes dans les réactifs. 1 CH4 + O2 1 CO2 + 2 H2O Il y a 4 atomes O dans les produits de la réaction : 1 dans la molécule de CO2 et 1 par molécule de H2O, soit 4 atomes O en tout.

Donc les molécules des réactifs contenaient ces 4 atomes O .

Ils ne peuvent pas exister à l’état indépendant et il faut imaginer qu’ils étaient contenu dans 2 molécules O2 qui possèdent chacune 2 atomes O. 1 CH4 + 2 O2 1 CO2 + 2 H2O 1 CO2 + 2 H2O Ecriture définitive 1 CH4 + 2 O2 ce qui se lit : une molécule de méthane réagit avec deux molécules de dioxygène pour donner une molécule de dioxyde de carbone et deux molécules d’eau Utilisation de l’équation bilan Les chiffres écrits en rouge devant les différentes molécules s’appelle des coefficients.

Ils indiquent les proportions dans lesquelles se trouvent les différentes molécules. Dans la réaction de combustion du méthane, il y a toujours deux fois plus de molécules de dioxygène que de molécules de méthane. Etude d’un autre exemple : la combustion incomplète du méthane On parle de combustion incomplète.... »