🔥 L'énergie libérée par une combustion
D'où vient la chaleur d'une flamme de gazinière ? Des liaisons chimiques ! Regarde les molécules de combustible et de dioxygène se casser en atomes, puis les atomes se recombiner en CO₂ et en eau. Fais tes comptes avec les énergies de liaison… et découvre quel carburant donne le plus d'énergie pour le moins de CO₂.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Pour casser une liaison, il faut fournir de l'énergie : pendant la rupture, le point du diagramme énergétique monte jusqu'au niveau des atomes isolés.
- Quand les atomes se lient pour former CO2 et H2O, de l'énergie est libérée : le point redescend, plus bas que le niveau des réactifs.
- Les liaisons formées (C=O à 804 kJ/mol, O–H à 463 kJ/mol) sont plus solides que les liaisons rompues : la différence est l'énergie libérée par la combustion, ΔrE < 0.
- Le comparatif révèle les grands écarts : par gramme, le dihydrogène libère plus de deux fois plus d'énergie que les hydrocarbures, sans émettre de CO2. Parmi les combustibles carbonés, le méthane émet le moins de CO2 par mégajoule.
Expériences à faire
- Avant d'allumer, compte les liaisons rompues et formées pour le méthane, puis calcule l'énergie libérée par mole avec le tableau. Vérifie ensuite.
- Compare l'énergie libérée par mole de propane et par mole d'octane : pourquoi l'octane en libère-t-il beaucoup plus ? Et par gramme ?
- L'éthanol contient déjà un atome d'oxygène : son pouvoir calorifique est-il plus grand ou plus petit que celui des alcanes ?
- Pour 1 MJ de chaleur, quelle masse de CO2 émet l'essence (octane) ? Et le gaz naturel (méthane) ?
- Choisis ✏️ Mon combustible : comment évolue le pouvoir calorifique des alcanes quand le nombre de carbones n augmente ? Et celui des alcools ? Coche ensuite « Utiliser mes énergies de liaison » pour refaire le calcul avec les valeurs de ton manuel.
La chimie derrière l'animation
- Énergie de liaison D(A–B) : énergie à fournir pour rompre une mole de liaisons A–B, toutes les espèces étant à l'état gazeux. Valeurs moyennes utilisées : C–H 415, C–C 348, C–O 360, O–H 463, H–H 436, O=O 498, C=O 804 kJ/mol (tu peux mettre celles de ton manuel avec ✏️).
- Énergie molaire de réaction (estimation) : ΔrE ≈ Σ D(liaisons rompues) − Σ D(liaisons formées). Pour CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O : on rompt 4 C–H et 2 O=O, on forme 2 C=O et 4 O–H.
- Si ΔrE < 0, la réaction libère de l'énergie (transfert thermique vers l'extérieur) : la combustion est exothermique. L'énergie libérée par la combustion de n moles de combustible vaut Q = n × |ΔrE|.
- Pouvoir calorifique : énergie libérée par kilogramme de combustible, PC = |ΔrE| / M (1 kJ/g = 1 MJ/kg). Masse de CO2 émise par mégajoule : m = nCO₂ × M(CO2) / |ΔrE|.
- Ce calcul avec des énergies de liaison moyennes est une estimation (l'eau est supposée gazeuse) : pour le méthane, il donne −804 kJ/mol, très proche de la valeur mesurée (−802 kJ/mol).
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