Les combustibles, la réaction chimique et l'atome
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• citer quelques combustibles usuels, leur origine et leurs usages ;
• décrire leur transport, leur stockage et les règles de sécurité ;
• définir une réaction chimique et distinguer réactifs et produits ;
• modéliser des molécules et une réaction simple avec des modèles moléculaires ;
• distinguer un corps pur simple d'un corps pur composé ;
• décrire la structure de l'atome : noyau et électrons.
Situation de départ
Le gaz de la cuisinière, l'essence de la voiture, le kérosène des avions, le charbon du brasero : nous brûlons chaque jour des combustibles. En brûlant, ils disparaissent et donnent des corps nouveaux.
D'où viennent les combustibles, que se passe-t-il quand ils brûlent, et de quoi sont faites les molécules ?
I. Les combustibles
1. Solides, liquides et gazeux
Quelques combustibles usuels
| Combustible | Origine | Usages |
|---|---|---|
| charbon de bois | bois chauffé à l'abri de l'air (la « mardouma ») | cuisson, chauffage traditionnel |
| houille (charbon minéral) | roches fossiles | centrales électriques, sidérurgie |
| essence, gasoil, kérosène, fioul | raffinage du pétrole | voitures, camions, avions, chauffage |
| butane, propane (GPL) | pétrole et gaz naturel | bouteilles de gaz, briquets, voitures GPL |
| gaz naturel (surtout du méthane) | gisements souterrains ou sous-marins | cuisson, chauffage, centrales électriques, usines |
Le pétrole et le gaz naturel se sont formés il y a des millions d'années par la décomposition de matières organiques à l'abri de l'air : ce sont des combustibles fossiles, dont les réserves s'épuisent.
- Le pétrole brut est séparé en différents produits dans une raffinerie (comme celle de Bizerte).
- Le bois, le biogaz (issu de la fermentation des déchets) et l'hydrogène produit avec l'énergie solaire sont des combustibles d'avenir, renouvelables ou plus propres.
2. Transport, stockage et sécurité
Le gaz naturel voyage dans des gazoducs (le gazoduc Transmed relie l'Algérie à l'Italie en traversant la Tunisie) ou, liquéfié, dans des navires méthaniers. Le pétrole circule dans des oléoducs et des pétroliers ; les carburants arrivent aux stations-service en camions-citernes. Le butane et le propane sont stockés liquides sous pression dans des bouteilles.
Dangers et règles de sécurité
- Incendie : éloigner flammes et étincelles des combustibles ; vérifier et changer à temps le tuyau de la bouteille de gaz ; équiper les lieux publics d'extincteurs.
- Explosion : une fuite de gaz dans une pièce fermée peut exploser. Le gaz est rendu odorant pour détecter les fuites ; on teste les raccords avec de l'eau savonneuse (des bulles apparaissent en cas de fuite) ; on stocke les bouteilles dans un lieu aéré. On coupe le moteur dans une station-service.
- Asphyxie : une combustion incomplète produit du monoxyde de carbone ; entretenir les appareils et aérer.
Une fuite de gaz dans une pièce fermée peut exploser : on cherche les fuites avec de l'eau savonneuse, jamais avec une flamme.
II. La réaction chimique
1. Réactifs et produits
Deux expériences
- Expérience 1 : un morceau de charbon rougi plongé dans un flacon de dioxygène brûle vivement ; le charbon diminue, le dioxygène disparaît et l'eau de chaux se trouble : il s'est formé du dioxyde de carbone.
- Expérience 2 : au-dessus de la flamme du gaz méthane, un entonnoir froid se couvre de buée (eau) et l'eau de chaux se trouble (dioxyde de carbone).
Ce ne sont ni des changements d'état ni des dissolutions : des corps disparaissent et des corps nouveaux apparaissent. C'est une réaction chimique (ou transformation chimique).
Les corps qui disparaissent sont les réactifs ; les corps formés sont les produits.
méthane + dioxygènedioxyde de carbone + eau
Toute combustion est une réaction chimique. Autre exemple : le soufre brûle dans le dioxygène avec une flamme bleue et donne du dioxyde de soufre, un gaz suffocant.
III. Atomes et molécules
1. Des briques de matière
modèles de quelques molécules
Pour expliquer les réactions chimiques, on admet que les molécules sont formées de particules encore plus petites : les atomes.
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