Alice
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Combustion catalysée, le sucre qui flambe

 

1. Introduction

Un bel exemple, simple et économique, pour comprendre la notion de catalyseur, et qui vous permettra, par la même occasion, de mettre au défi vos amis d'enflammer un morceau de sucre avec une simple allumette ! Vous pourrez ensuite les épater en leur expliquant simplement ce qu'est un catalyseur !

2. Matériel

  • Sucre en morceau bien sec
  • Pince en bois
  • Cendres de cigarettes
  • Bec Bunsen
  • Briquet ou allumettes

3. Protocole expérimental

  • À l'aide des pinces, prendre un morceau de sucre et l'approcher de la flamme d'un bec Bunsen. Au bout de quelques secondes, celui-ci fond, roussi, et se transforme en un polymère appelé caramel, sans aucune trace de combustion.
  • Prendre un nouveau morceau de sucre et refaire de même après y avoir déposé avec le doigt un tout petit peu de cendres de cigarettes. Cette fois-ci chauffer avec le briquet ou une allumette, le sucre ne se transforme plus en caramel mais produit une combustion avec flamme visible et transformation en carbone (résidu noir); la combustion se poursuit même si on retire la flamme.

4. Explications

  • Le sucre, qui est un combustible hydrocarboné, devrait donner une combustion avec le dioxygène de l'air lorsqu'on le chauffe dans une flamme de bec Bunsen (voir l'expérience de combustion, triangle du feu). Cependant, l'énergie de la flamme du bec Bunsen, pourtant très élevée, n'est pas suffisante pour initier la combustion et le sucre fond puis se transforme en caramel (polymérisation).
  • Pour provoquer la combustion du sucre il faudrait augmenter considérablement l'énergie de la flamme (chaleur) ou bien faire en sorte que la réaction de combustion demande beaucoup moins d'énergie. Comme nous ne pouvons pas augmenter la température de la flamme du bec Bunsen, nous choisissons la deuxième solution : utiliser une substance (la cendre de cigarette) qui agit comme un catalyseur de la combustion. C'est à dire une substance qui n'est pas consommée au cours de la réaction mais qui facilite considérablement celle-ci en abaissant la quantité d'énergie nécessaire pour faire la réaction chimique.
  • La cendre contient des sels et oxydes minéraux ainsi que des résidus carbonés. Le catalyseur va provoquer la combustion du sucre à plus basse température que sa transformation en caramel, d'où l'apparition d'une flamme bien visible et de carbone lorsqu'on le chauffe. Cette expérience est encore plus surprenante si on utilise tout simplement la petite flamme d'une allumette.
  • Au delà de cette petite expérience, les catalyseurs jouent des rôles très important dans notre vie de tous les jours ainsi que dans l'industrie chimique : économie d'énergie pour réaliser une réaction chimique ou bien dans les pots d'échappement catalytiques de voitures, dans lesquels on transforme des gaz d'échappement nocifs pour l'environnement en gaz plus inertes par réaction chimique au travers d'une grille de métal catalytique. Il est même possible de combiner le dihydrogène gazeux (H2) et le dioxygène gazeux (O2) à l'aide d'un catalyseur (platine) afin de produire de l'eau pure (H2O) et de l'énergie électrique : c'est le principe de la pile à combustible qui devrait être, à l'avenir, une source d'énergie électrique renouvelable et parfaitement propre.

5. Précautions

  • Le caramel liquide chaud est extrêmement brûlant car il colle fortement à la peau.