Réactions chimiques des alcanes

Quel gaz choisir pour chauffer sa maison ?

Le butane et le propane sont des alcanes qui servent de gaz combustible dans les maisons.

Les alcanes existent en grande quantité sous forme de gisements naturels de gaz ou de pétrole. L'origine de ces gisements est attribuée à la fermentation de la cellulose des végétaux des temps préhistoriques.

Le gaz naturel est essentiellement constitué de méthane et les pétroles contiennent un mélange d'hydrocarbures (dont des alcanes allant de C₁H₄ à C₄₀H₈₂).

Le méthane, l'éthane, le propane et le butane sont des gaz à température ambiante.

À partir de C₅, on rencontre des liquides et à partir de C₁₇ des solides.

Les alcanes liquides ou solides ont une densité assez faible (environ 0,7). Comme tous les hydrocarbures, ils sont insolubles dans l'eau ; par contre, ils sont miscibles avec la plupart des liquides organiques et sont eux-mêmes des solvants pour de nombreux composés organiques.

D'une façon générale, les alcanes sont assez peu réactifs, autrement dit stables. Ceci s'explique par le fait que les liaisons C-C et C-H sont assez fortes :

C-C = 82,6 kcal/mol

C-H = 100 kcal/mol

(1 cal = 4,18 J)

Les alcanes peuvent réagir dans plusieurs réactions :

Réaction de combustion : on brise la liaison C-C (le squelette de la molécule). Il en existe deux types :
- la complète qui produit du dioxyde de carbone et de l'eau
- l'incomplète qui produit du carbone (solide) et de l'eau
Réaction de substitution : on brise la liaison C-H (on substitue H par un autre élément)
- Exemple: chloration du méthane
  (formation de monochlorométhane et de chlorure d'hydrogène gazeux)
  
  (formation de dichlorométhane et de chlorure d'hydrogène gazeux)
  
  (formation de trichlorométhane (chloroforme) et de chlorure d'hydrogène gazeux)
  
  (formation de tetrachlorométhane et de chlorure d'hydrogène gazeux)
Réaction de déshydrogénisation: on créé une double liaison entre 2 carbones ( C=C ) de la chaînes en brisant la liaison de 2 H. Le produit resultant est un alcène.

La réaction de combustion des alcanes n'a pas un grand intérêt au niveau chimique car la molécule est complètement détruite. Par contre cette combustion a un grand intérêt pratique puisque les alcanes peuvent être utilisés comme carburant ou combustible du fait que cette réaction est très exothermique (libération de chaleur).

La combustion des alcanes

Un petit rappel sur les réactions de combustion qui posent parfois des problèmes (surtout au niveau de l'équilibrage des réactions)

Une réaction de combustion classique (du moins au niveau collège/lycée) consiste à "brûler" un composé organique (de formule générale C_xH_yO_z) par de l'oxygène pour donner, dans le cas d'une combustion complète (ce qui est le cas dans tous les énoncés d'exercices sauf indication contraire), uniquement de l'eau H₂O et du dioxyde de carbone CO₂.

Équilibrer une équation de combustion

Reste maintenant à équilibrer l'équation (c'est à dire à trouver les coefficients stoechiométriques des réactifs et des produits). On cherche ainsi à écrire que ce qui est à gauche de la flèche de réaction est égal à ce qui est à droite (principe de conservation de la matière). Dans l'ordre, on équilibre d'abord les atomes de carbone, puis les atomes d'hydrogène et enfin les atomes d'oxygène (cette méthodologie est générale pour équilibrer n'importe quelle réaction et elle évite les erreurs lors de réactions plus compliquées à équilibrer)

Essayez de faire attention à ne pas tourner en rond lorsque vous mettez des indices et veillez aussi à ce que ces indices soit les plus petits entiers possibles !

Le cas du propane

Le propane à pour formule brute C₃H_8. L'équation de combustion s'écrit donc

$C _ 3 H _8 + O _ 2 \rightarrow CO_2 + H _ 2 O$

Pour équilibrer l'équation, il faut :

3 atomes de carbone à gauche et 1 à droite. Il faut donc multiplier par 3 le terme C0₂ à droite:
$C _ 3 H _8 + O _ 2 \rightarrow 3 \space CO_2 + H _ 2 O$
8 atomes d'hydrogène à gauche et 2 à droite. Il faut donc multiplier par 4 le terme H₂O à droite:
$C _ 3 H _8 + O _ 2 \rightarrow 3 \space CO_2 + 4 \space H _ 2 O$
2 atomes d'oxygène à gauche et 3*2 + 4*1=10 à droite. Il faut donc multiplier par 5 le terme O₂à gauche:
$C _ 3 H _8 + 5 \space O _ 2 \rightarrow 3 \space CO_2 + 4 \space H _ 2 O$
Les coefficients trouvés sont les plus petits entiers possibles.

L'équation de la réaction de combustion est donc:

$C _ 3 H _8 + 5 \space O _ 2 \rightarrow 3 \space CO_2 + 4 \space H _ 2 O$

2023-01-29 01:55:57 / mazoughou@magoe.gn