2.2 : Enthalpie et chaleur de réaction

La combustion, communément appelée combustion, est une réaction dans laquelle une substance réagit avec un agent oxydant, qui est dans la plupart des cas de l'oxygène moléculaire, pour libérer de l'énergie sous forme de chaleur, de lumière ou de son. La chaleur de combustion est également connue sous le nom d’enthalpie de combustion. L’énergie libérée lorsqu’une mole d’une substance subit une combustion complète à pression constante est appelée chaleur molaire de combustion. Les réactions de combustion sont exothermiques ; c'est-à-dire qu'ils libèrent de l'énergie et leur convention de signe ΔH est négative.

En 1772, le chimiste français Antoine Lavoisier découvrit que les produits du soufre brûlé pesaient plus que la masse initiale du réactif. Il a postulé que le soufre se combinait avec l’air, ce qui entraînait une augmentation du poids. Plus tard, la découverte de « l'oxygène » par Joseph Priestley en 1774, en tant que composant de l'air, a amené Lavoisier à croire que le soufre se combinait avec l'oxygène de l'air, entraînant une augmentation de sa masse. Il a conclu que la combustion signifie la combinaison avec l'oxygène. En d’autres termes, le soufre subit une combustion.

Des exemples de réactions de combustion incluent la combustion d’hydrocarbures comme le gaz naturel et le charbon. Dans le cas de réactions de combustion impliquant des hydrocarbures, la quantité d'énergie libérée varie en fonction du type de combustible en cours de combustion.

Par exemple, la combustion du gaz naturel, le méthane (CH₄), donnée par la réaction :

génère moins d'énergie thermique que celle du butane (C₄H₁₀), donnée par la réaction :

Ainsi, le nombre de molécules d'oxygène nécessaires à la combustion de l'hydrocarbure et le nombre de molécules de chaque produit formé dépendent de la composition de l'hydrocarbure.

La chaleur de combustion régit la stabilité relative des hydrocarbures ramifiés ayant la même formule moléculaire. La différence de structure est due aux groupes méthyle attachés à différentes positions le long de la chaîne hydrocarbonée. La quantité d'énergie thermique libérée diminue avec l'augmentation de la ramification, le 2,2-diméthylhexane hautement ramifié générant une faible énergie par rapport à l'octane. Par conséquent, l’octane non ramifié est moins stable que son homologue ramifié.