Les alcanes sont des molécules issus de la décomposition de matières organiques. Ces produits, appelés "hydrocarbures", sont constitués uniquement d'atomes de carbone et d'atomes d'hydrogène. Les plus légers sont à l'état gazeux, les plus lourds sont à l'état liquide, puis solide. Ils sont principalement extraits du gaz naturel ou du pétrole.
Le plus petit d'entre eux est le méthane : sa molécule ne contient qu'un atome de carbone, entouré de quatre atomes d'hydrogène. Sa formule est donc CH4.- L'éthane contient deux atomes de carbones pour six atomes d'hydrogène. Sa formule est C2H6.
Le propane (C3H8) et le butane (C4H10) sont couramment utilisés comme combustibles, distribués en bouteille ou mélangés dans le "gaz de ville". (si le gaz arrive chez vous par un tuyau venu de l'extérieur, il s'agit probablement de gaz de ville)
Ces produits brûlent en réagissant avec le dioxygène (O2) en formant de la vapeur d'eau (H2O) et du dioxyde de carbone (CO2) comme le montre la vidéo ci-dessus.
On peut alors écrire :
alcane + dioxygène -> eau + dioxyde de carbone
Equations de réaction de combustions d'alcanes
Combustion du méthane (CH4)
Selon le modèle ci-dessus, on peut écrire :
méthane + dioxygène -> eau + dioxyde de carbone
En remplaçant ces noms par les formules correspondantes, on obtient :
CH4 + O2 -> H2O + CO2
Il ne suffit pas d'écrire ces formules, nous reste à vérifier que cette équation respecte le "principe de conservation de la matière". Or ici ce n'est pas le cas : on retrouve bien l'atome de carbone du méthane dans le molécule de dioxyde de carbone mais des quatre atomes d'hydrogènes présents au départ on ne retrouve que deux atomes dans la molécule d'eau...
On ne peut modifier les formules des molécules, cela reviendrait à inventer des espèces chimiques imaginaires... Par contre, on peut faire appel à plusieurs molécules pour atteindre notre but : si on forme deux molécules d'eau au lieu d'une seule, on retrouve bien nos quatre atomes d'hydrogène !
Enfin, pour former ces deux molécules d'eau et la molécule de dioxyde de carbone, il faut quatre atomes d'oxygène. Cela veut dire que pour brûler notre molécule de méthane, nous auront besoin de deux molécules de dioxygène. Notre équation devient alors :
Le tour est joué : on retrouve bien maintenant le même nombre d'atomes de chaque espèce avant (côté réactifs) et après (côté produits) la réaction. : )
Combustion du propane (C3H8)
propane + dioxygène -> eau + dioxyde de carbone
C3H8 + 5 O2 -> 4 H2O + 3 CO2
Ici, pour retrouver les trois atomes de carbone de la molécule de propane, il faut former trois molécules de dioxyde de carbone. Pour les huit atome d'hydrogène, il faut former quatre molécules d'eau. Et pour former toute ces molécules, il faut 4 x 1 atome d'oxygène pour les molécules d'eau + 3 x 2 atomes d'oxygène pour celles de dioxyde de carbone, soit 10 atomes d'oxygène en tout. Il faut donc 5 molécules de dioxygène pour réaliser cette combustion.
Les coefficients (chiffres multiplicateurs) que nous plaçons devant chaque molécules sont appelés "coefficients stoechiométriques". Ces coefficients doivent être entiers ce qui pose parfois problème.
Voyons cela avec la combustion de l'éthane (C2H6) :
éthane + dioxygène -> eau + dioxyde de carbone
En remplaçant ces noms par les formules correspondantes, on obtient :
C2H6 + O2 -> H2O + CO2
Ajustons cette équation de façon à obtenir le même nombre d'atomes de carbone et d'hydrogène de chaque côté :
C2H6 + O2 -> 3 H2O + 2 CO2
Il nous faut 3 molécules d'eau pour retrouver les 6 atomes d'hydrogène de l'éthane et 2 molécules de dioxyde de carbone pour retrouver les 2 atomes de carbone.
Si on compte le nombre d'atomes d'oxygène nécessaires pour former ces 3 molécules d'eau et 2 de dioxyde de carbone, on trouve n = 3x1 + 2x2 = 7.
Or ces atomes d'oxygène proviennent de molécules de dioxygène où les atomes vont par paire. Le nombre total d'atomes d'oxygène sera donc forcément pair, ce qui n'est pas le cas du 7 que nous avons obtenu ci-dessus...
On va donc utiliser une astuce mathématique : "tout chiffre multiplié par 2 donnera forcément un chiffre pair". On va alors doubler les quantités de matière en ne prenant pas une seule molécule d'éthane mais deux :
2 C2H6 + O2 -> 6 H2O + 4 CO2
Il nous faut 6 molécules d'eau pour retrouver les 12 atomes d'hydrogène de l'éthane et 4 molécules de dioxyde de carbone pour retrouver les 4 atomes de carbone.
Maintenant, si on compte le nombre d'atomes d'oxygène nécessaires pour former ces 6 molécules d'eau et 4 de dioxyde de carbone, on trouve n = 6x1 + 4x2 = 14.
Ce chiffre étant bien pair, on va pouvoit finir d'ajuster cette équation en précisant qu'il faudra 7 (14/2) molécules de dioxygène côté réactifs :
2 C2H6 + 7 O2 -> 6 H2O + 4 CO2
Ajuster des équations de combustions en vidéo
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