O.S. GABRIELYAN,
I.G. OSTROUMOV,
A.K.AKHLEBININ

COMMENCER EN CHIMIE

7e année

Continuation. Voir le début dans le n°1/2006

§ 2. L'observation et l'expérimentation comme méthodes
étudier les sciences et la chimie

Une personne acquiert des connaissances sur la nature en utilisant une méthode aussi importante que l'observation.

Observation- c'est la concentration de l'attention sur des objets connaissables dans le but de les étudier.

À l'aide de l'observation, une personne accumule des informations sur le monde qui l'entoure, les systématise et les recherche. motifs dans ces informations.

La prochaine étape importante consiste à rechercher les raisons qui expliquent les tendances trouvées.

Pour que l’observation soit fructueuse, un certain nombre de conditions doivent être remplies.

1. Il est nécessaire de définir clairement le sujet de l'observation, sur quoi l'attention de l'observateur sera attirée - une substance spécifique, ses propriétés ou la transformation de certaines substances en d'autres, les conditions de mise en œuvre de ces transformations, etc.

2. L'observateur doit savoir pourquoi il effectue l'observation, c'est-à-dire formuler clairement le but de l’observation. 3. Pour atteindre votre objectif, vous pouvez établir un plan d'observation. Et pour cela, il est préférable de faire une hypothèse sur la façon dont le phénomène observé se produira, c'est-à-dire mettre en avant hypothèse . Traduit du grec « hypothèse » (

hypothèse

) signifie "deviner". Une hypothèse peut également être émise à la suite d'une observation, c'est-à-dire lorsqu'un résultat est obtenu, il doit être expliqué. L’observation scientifique diffère de l’observation au sens courant du terme. En règle générale, l'observation scientifique est réalisée dans des conditions strictement contrôlées, et ces conditions peuvent être modifiées à la demande de l'observateur. Le plus souvent, cette observation est effectuée dans une pièce spéciale - un laboratoire (Fig. 6)..

L'observation effectuée dans des conditions strictement contrôlées est appelée expérience Le mot « expérience » ( expérimentum.

) est d'origine latine et se traduit en russe par « expérience », « test ». Une expérience permet de confirmer ou d'infirmer une hypothèse née de l'observation. C'est ainsi qu'il est formulé

Allumez une bougie et examinez attentivement la flamme. 1 Vous remarquerez que sa couleur n’est pas uniforme. La flamme comporte trois zones (Fig. 7). Zone sombre 2 situé au bas de la flamme. C'est la zone la plus froide par rapport aux autres. La zone sombre est entourée par la partie la plus brillante de la flamme 3 .

. La température ici est plus élevée que dans la zone sombre, mais la température la plus élevée se situe dans la partie supérieure de la flamme. 2 Pour vous assurer que les différentes zones de la flamme ont des températures différentes, vous pouvez réaliser cette expérience. Placez un éclat (ou une allumette) dans la flamme afin qu'elle traverse les trois zones. Vous verrez que l'éclat est plus carbonisé là où il touche les zones 3 Et

. Cela signifie que la flamme y est plus chaude.

La question se pose : la flamme d'une lampe à alcool ou à combustible sec aura-t-elle la même structure que la flamme d'une bougie ? La réponse à cette question peut être deux hypothèses - hypothèses : 1) la structure de la flamme sera la même que celle de la flamme d'une bougie, car elle est basée sur le même processus de combustion ; 2) la structure de la flamme sera différente, car il résulte de la combustion de diverses substances. Afin de confirmer ou d'infirmer telle ou telle hypothèse, passons à une expérience - nous allons mener une expérience.

A l'aide d'une allumette ou d'un éclat, on examine la structure de la flamme d'une lampe à alcool (vous vous familiariserez avec la structure de cet appareil de chauffage lors des travaux pratiques) et du combustible sec.

Malgré le fait que les flammes diffèrent dans chaque cas par leur forme, leur taille et même leur couleur, elles ont toutes la même structure - les trois mêmes zones : la zone intérieure sombre (la plus froide), la zone lumineuse moyenne (chaude) et la zone extérieure incolore (la plus chaude). .

Par conséquent, la conclusion de l’expérience peut être l’affirmation selon laquelle la structure de n’importe quelle flamme est la même. La signification pratique de cette conclusion est la suivante : pour chauffer n'importe quel objet dans une flamme, il faut l'amener à l'endroit le plus chaud, c'est-à-dire à la partie supérieure de la flamme.

Il est d'usage de documenter les expériences dans un journal spécial, appelé journal de laboratoire. Un cahier ordinaire convient pour cela, mais les entrées qu'il contient ne sont pas tout à fait ordinaires. La date de l'expérimentation, son nom sont notés, et le déroulement de l'expérimentation est souvent présenté sous forme de tableau.

Essayez de décrire une expérience pour étudier la structure d’une flamme de cette manière.

Toutes les sciences naturelles sont des sciences expérimentales. Et pour mettre en place une expérience, un équipement spécial est souvent nécessaire. Par exemple, en biologie, on utilise largement des instruments optiques qui permettent d'agrandir plusieurs fois l'image de l'objet observé : une loupe, une loupe, un microscope. Les physiciens utilisent des instruments pour mesurer la tension, le courant et la résistance électrique lorsqu'ils étudient les circuits électriques. Les géographes disposent d'instruments spéciaux - des plus simples (par exemple, une boussole, des ballons météorologiques) aux stations orbitales spatiales et aux navires de recherche uniques.

Les chimistes utilisent également des équipements spéciaux dans leurs recherches. Les plus simples d'entre eux sont, par exemple, l'appareil de chauffage déjà familier, une lampe à alcool et divers récipients chimiques dans lesquels sont effectuées et étudiées les transformations de substances, c'est-à-dire réactions chimiques (Fig. 8).

Riz. 8. Verrerie chimique de laboratoire et équipement

On dit à juste titre qu’il vaut mieux voir une fois que d’entendre cent fois. Ou mieux encore, tenez-le entre vos mains et apprenez à l'utiliser.

1. Ainsi, votre première connaissance des équipements chimiques se fera lors des travaux pratiques qui vous attendent lors du prochain cours.
2. Qu’est-ce que l’observation ? Quelles conditions doivent être remplies pour que l’observation soit efficace ?
3. Quelle est la différence entre une hypothèse et une conclusion ?
4. Qu'est-ce qu'une expérience ?
5. Quelle est la structure d'une flamme ?
6. Comment réaliser le chauffage ?
7. Quel matériel de laboratoire avez-vous utilisé lorsque vous étudiiez la biologie et la géographie ?

Quel équipement de laboratoire est utilisé pour étudier la chimie ?
Travaux pratiques n°1.
Familiarisation avec le matériel de laboratoire.

Règles de sécurité

La plupart des expériences chimiques sont réalisées dans des récipients en verre. Le verre est transparent et vous pouvez observer ce qui arrive aux substances. Dans certains cas, le verre est remplacé par du plastique transparent ; il ne se brise pas, mais ces plats, contrairement au verre, ne peuvent pas être chauffés.

Les flacons à fond rond (Fig. 14) ne peuvent pas être posés sur la table ; ils sont fixés sur des supports métalliques - trépieds (Fig. 15) - à l'aide de griffes. Les pieds, ainsi que les anneaux métalliques, sont fixés au trépied à l'aide de pinces spéciales.

Il est pratique d'obtenir des substances, telles que des gaz, dans des flacons à fond rond. Afin de collecter les gaz résultants, utilisez un ballon avec une sortie (on l'appelle ballon de Wurtz (Fig. 16)) ou un tube à essai avec un tube de sortie de gaz.

Si les substances gazeuses résultantes doivent être refroidies et condensées en liquide, utilisez un réfrigérateur en verre (Fig. 17). Les gaz refroidis se déplacent à travers son tube interne et se transforment en liquide sous l'influence de l'eau froide, qui s'écoule à travers la « enveloppe » du réfrigérateur dans la direction opposée.

Les entonnoirs coniques (Fig. 18) sont utilisés pour verser des liquides d'un récipient à un autre ; ils sont également indispensables dans le processus de filtration ; Vous savez probablement que la filtration est le processus de séparation du liquide des particules solides.

Un plat aux parois épaisses, semblable à une assiette creuse, est appelé cristalliseur (Fig. 20). En raison de la grande surface de la solution versée dans le cristalliseur, le solvant s'évapore rapidement et la substance dissoute est libérée sous forme de cristaux. Le cristalliseur ne doit en aucun cas être chauffé : ses parois semblent seulement solides, mais en fait, lorsqu'il est chauffé, il va certainement se fissurer.

Lorsque vous effectuez une expérience chimique, vous devez souvent mesurer le volume de liquide requis. Le plus souvent, des éprouvettes graduées sont utilisées pour cela (Fig. 21).

En plus de la verrerie, le laboratoire de chimie de l'école dispose de vaisselle en porcelaine. Dans un mortier et un pilon (Fig. 22), les substances cristallines sont broyées. La verrerie n'est pas adaptée pour cela : la pression du pilon la fera immédiatement craquer.

Pour éviter les ennuis et les blessures, chaque article doit être utilisé strictement pour l'usage auquel il est destiné et savoir comment le manipuler.

Le local chimique se distingue des autres locaux par le fait qu'il est équipé d'une sorbonne (Fig. 24). De nombreuses substances dégagent une odeur forte et désagréable et leurs vapeurs ne sont pas inoffensives pour la santé. Ces substances sont manipulées sous une sorbonne, d'où les substances gazeuses s'écoulent directement dans la rue.

Le flacon contenant le réactif doit être pris de manière à ce que l'étiquette soit dans la paume de la main. Ceci est fait pour que les gouttes accidentelles ne gâchent pas l'inscription.

Certains produits chimiques sont toxiques, certains réactifs corrodent la peau et de nombreuses substances sont inflammables. Des panneaux spéciaux sur les étiquettes avertissent à ce sujet (Fig. 26, voir p. 7).

Ne démarrez pas une expérience sans savoir exactement quoi et comment faire. Vous devez travailler en suivant strictement les instructions et uniquement avec les substances nécessaires à l'expérience.

Préparez votre lieu de travail, placez rationnellement les réactifs, les plats et les accessoires afin de ne pas avoir à passer la main par-dessus la table et à renverser les flacons et les tubes à essai avec votre manche. N'encombrez pas la table avec quoi que ce soit qui n'est pas nécessaire à l'expérience.

Les expériences doivent être réalisées uniquement dans des récipients propres, ce qui signifie qu'ils doivent être soigneusement lavés après le travail.

Lavez-vous les mains en même temps.

Toutes les manipulations doivent être effectuées au-dessus de la table.

Pour déterminer l'odeur d'une substance, n'approchez pas le récipient de votre visage, mais poussez l'air avec votre main depuis l'ouverture du récipient jusqu'à votre nez (Fig. 27).

Aucune substance ne peut être goûtée !

Ne versez jamais d’excès de réactif dans le flacon. Utilisez pour cela un verre usagé spécial. Il n'est pas non plus souhaitable de récupérer les solides déversés, surtout avec les mains.

Si vous vous brûlez accidentellement, si vous vous coupez ou si vous renversez du réactif sur la table, sur vos mains ou sur vos vêtements, contactez immédiatement votre enseignant ou votre assistant de laboratoire.

Après avoir terminé l’expérience, mettez de l’ordre dans votre espace de travail.
Travaux pratiques n°2.

Regarder une bougie allumée

Le but de ces travaux pratiques est d'apprendre à observer et à décrire les résultats de l'observation. Vous devez rédiger un court essai miniature sur une bougie allumée (Fig. 28).

Pour vous aider, nous vous proposons plusieurs questions qui nécessitent des réponses détaillées.

Décrivez l'apparence de la bougie, la substance avec laquelle elle est fabriquée (couleur, odeur, toucher, dureté) et la mèche.

Allumez une bougie. Décrivez l'apparence et la structure de la flamme. Qu'arrive-t-il au matériau de la bougie lorsque la mèche brûle ? À quoi ressemble la mèche pendant le processus de combustion ? La bougie chauffe-t-elle, y a-t-il un bruit lors de la combustion, de la chaleur est-elle dégagée ? Qu'arrive-t-il à une flamme s'il y a un mouvement d'air ?

À quelle vitesse une bougie s’éteint-elle ? La longueur de la mèche change-t-elle au cours du processus de combustion ? Quel est le liquide à la base de la mèche ? Que se passe-t-il lorsqu’il est absorbé par le matériau de la mèche ? Et quand ses gouttes coulent sur la bougie ? 1 De nombreux processus chimiques se produisent lorsqu’ils sont chauffés, mais la flamme d’une bougie n’est pas utilisée à cette fin. Ainsi, dans la deuxième partie de ce travail pratique, nous nous familiariserons avec la structure et le fonctionnement d'un appareil de chauffage que vous connaissez déjà - une lampe à alcool (Fig. 29). La lampe à alcool est composée d'un réservoir en verre 2 , qui est rempli d'alcool à pas plus des 2/3 du volume. La mèche est plongée dans l'alcool 3 , qui est fabriqué à partir de fils de coton. Il est maintenu dans le col du réservoir à l'aide d'un tube spécial muni d'un disque 4 . Allumez la lampe à alcool uniquement avec des allumettes ; vous ne pouvez pas utiliser une autre lampe à alcool allumée à cet effet, car Dans ce cas, l'alcool renversé peut se répandre et s'enflammer.

La mèche doit être coupée uniformément avec des ciseaux, sinon elle commencera à brûler. Pour éteindre une lampe à alcool, ne soufflez pas sur la flamme ; on utilise à cet effet un capuchon en verre.

. Il protège également la lampe à alcool de l'évaporation rapide de l'alcool.

Utilisé pour des expériences chimiques à l'école Examinons de plus près tous les types d'équipements. Verrerie de laboratoire, selon le matériau qui le compose, il est divisé en verre .

Et porcelaine Verrerie Pour vous assurer que les différentes zones de la flamme ont des températures différentes, vous pouvez réaliser cette expérience. Placez un éclat (ou une allumette) dans la flamme afin qu'elle traverse les trois zones. Vous verrez que l'éclat est plus carbonisé là où il touche les zones en fonction de la présence de symboles spéciaux, il peut être

mesuré ordinaire. À

verrerie

se rapporter . Nous étudierons tout cela lors de travaux pratiques.

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Aperçu :3. Techniques de manipulation du matériel de laboratoire. Regarder une bougie allumée. Structure de la flamme – Il s’agit de phénomènes à la suite desquels d’autres substances se forment à partir d’une seule substance. On les appelle aussi réactions chimiques. Cependant, pour réaliser des réactions chimiques, un équipement de laboratoire spécial est nécessaire.

Utilisé pour des expériences chimiques à l'écoleverrerie spéciale de laboratoire, trépied et appareils de chauffage.

Examinons de plus près tous les types d'équipements.

Utilisé pour des expériences chimiques à l'écoleselon le matériau qui le compose, il est divisé en verre et porcelaine.

Eten fonction de la présence de symboles spéciaux, il peut être mesuré et ordinaire.

À ordinaire. inclure tubes à essai, flacons, béchers, entonnoirs, pipettes, flacons.

Tubes à essai – utilisé lors de la réalisation d’expériences sur des solutions, des gaz et des solides.

Flacons Il y en a à fond plat et coniques. Ils s'utilisent de la même manière que les tubes à essai. Utilisé de la même manièrebéchers.

Entonnoirs sont utilisés pour verser une solution dans un récipient à col étroit et pour filtrer les liquides et, selon la structure, sont divisés enconique et goutte à goutte.

Pipettes utilisé pour retirer un certain volume de liquide d’un flacon.

À plats en porcelaine inclure mortier, pilons, entonnoir Buchner, creuset, verre, cuillère, spatule, bols d'évaporation.

Mortier et pilons utilisé pour broyer des substances.

Creuset utilisé pour chauffer et calciner des substances.

Verre, cuillère, spatule– pour verser des produits chimiques secs dans d’autres verreries de laboratoire.

Bols d'évaporationutilisé pour l’évaporation de diverses solutions.

Entonnoir Buchner - Conçu pour filtrer sous vide. La partie supérieure de l'entonnoir, dans laquelle est versé le liquide, est séparée par une cloison poreuse ou perforée de la partie inférieure, sur laquelle est appliqué le vide.

Trépied sert à sécuriser la verrerie, les accessoires et les instruments de laboratoire lors de la réalisation d'expériences. Il se compose d'un support dans lequel est vissée une tige. Le support donne de la stabilité au trépied. Un anneau, une languette, une pince et un treillis peuvent être fixés à la tige à l'aide de raccords. Le couplage a une vis, une fois desserré, il est possible de déplacer et de fixer l'anneau, la languette, la pince et le treillis le long de la tige. Chacun des supports répertoriés est utilisé pour y sécuriser la verrerie de laboratoire.

À appareils de chauffage inclure lampe à alcool, brûleur à gaz et radiateur électrique.

Lampe à alcool se compose d'un récipient contenant de l'alcool, d'une mèche montée dans un tube métallique avec un disque et d'un capuchon.

Lors de la réalisation de travaux de laboratoire et de travaux pratiques, il est nécessaire d'observerrègles de sécurité de base :

1. Utiliser uniquement les substances spécifiées par l'enseignant conformément à leur destination.
2. N'encombrez pas votre lieu de travail avec des objets inutiles.
3. Ne commencez pas à travailler sans instructions précises de l'enseignant.
4. Vérifier l'intégrité et la propreté de la verrerie de laboratoire avant utilisation.
5. Ne goûtez pas les produits chimiques et ne les manipulez pas avec vos mains (uniquement avec une spatule ou un tube à essai !). Il est interdit de déterminer la composition de substances chimiques par l'odorat.
6. Lorsque vous chauffez des substances, le tube à essai doit être tenu loin de vous. Ne dirigez pas l’ouverture du tube à essai vers des personnes.
7. Assurez-vous de fermer les récipients après en avoir retiré des produits chimiques.

Nous réaliserons des travaux pratiques sur l'étude de la structure de la flamme, en travaillant avec une lampe à alcool.

1. Retirez le capuchon de la lampe à alcool et vérifiez si le disque est bien ajusté à l'ouverture du récipient.Ceci est nécessaire pour éviter que l'alcool ne s'enflamme..
2. Nous allumons la lampe à alcool avec une allumette allumée.Il n'est pas permis d'allumer une lampe à alcool ou une autre lampe à alcool allumée pour éviter un incendie.

Lorsqu'on considèrela structure de la flamme elle-même, on remarquera trois zones ayant des températures différentes :

1. Inférieur La partie (sombre) de la flamme est froide. Il n’y a pas de combustion là-bas ;
2. Moyenne (le plus brillant), où, sous l'influence d'une température élevée, les composés contenant du carbone se décomposent et les particules de charbon s'échauffent, émettant de la lumière ;
3. Externe (le plus léger), où se produit la combustion la plus complète des produits de décomposition avec formation de dioxyde de carbone et d'eau.

1. Pour confirmer la présence de ces zones, on utilise un éclat ordinaire ou une allumette épaisse. On l'amène horizontalement dans la flamme, comme pour « percer » les trois zones de combustion de la lampe à alcool. Nous l'examinons après extraction. On remarque de plus en moins de zones carbonisées, confirmant la non-uniformité de température dans la flamme d'une lampe à alcool.
2. La flamme de la lampe à alcool s'éteint en la recouvrant d'un capuchon.

Conclusion: La flamme se compose de trois zones (inférieure, médiane et extérieure) dont la structure dépend de la composition chimique de la flamme.

Chimie - une des sciences qui permet de comprendre les secrets de la nature.

Après tout, l’une des compétences nécessaires est la capacité de distinguer les phénomènes physiques des phénomènes chimiques en observant divers phénomènes naturels.

Pour mieux comprendre ces phénomènes, observons les changements qui se produisent lorsqu’une bougie est allumée. Prenons une bougie en paraffine et allumons-la.

1. En regardant comment la paraffine fond, on remarque qu'elle ne change pas ses propriétés, mais seulement sa forme.

Des leçons précédentes, nous savons quephénomènes physiques- ce sont des phénomènes à la suite desquels la taille, la forme des corps ou l'état d'agrégation des substances changent, mais leur composition reste constante.

Cela signifie que ce phénomène lorsqu'une bougie brûle fait référence à des phénomènes physiques.

1. Dans le même temps, la mèche de la bougie, lorsqu'elle brûle, forme des cendres.

Rappelons-nous quoiphénomènes chimiquesfaire référence à des phénomènes à la suite desquels d'autres substances sont formées à partir d'une seule substance.

Cela signifie que ce phénomène fait référence à des phénomènes chimiques.

Une bougie allumée n’est qu’un exemple de la présence simultanée et de l’interconnexion de phénomènes physiques et chimiques dans la nature. En fait, ces phénomènes nous entourent partout. Et en étant observateur, nous pouvons les remarquer dans la vie de tous les jours.

Cible: apprendre à décrire les résultats des observations.

Réactifs et équipements: bougie en paraffine, eau de chaux ; un éclat, un tube de verre avec une extrémité allongée, un bécher, une éprouvette graduée, des allumettes, un objet en porcelaine (une tasse en porcelaine pour l'évaporation), une pince à creuset, un porte-éprouvette, des bocaux en verre d'un volume de 0,5, 0,8, 1 , 2, 3, 5 l, un chronomètre.

Tâche 1. Observer une bougie allumée.

Présentez vos observations sous la forme d’un court essai. Dessinez une flamme de bougie.

La bougie est constituée de paraffine et a une odeur spécifique. Il y a une mèche au milieu.
Lorsque la mèche brûle, la bougie fond. Un léger bruit se fait entendre et de la chaleur est générée.

Tâche 2. Etude des différentes parties de la flamme.

1. La flamme, comme vous le savez déjà, comporte trois zones. Lequel? Lorsque vous examinez la partie inférieure de la flamme, introduisez-y l'extrémité du tube de verre à l'aide d'une pince à creuset, en le tenant à un angle de 45 à 50 degrés. Apportez une écharde brûlante à l’autre extrémité du tube. Qu'observez-vous ?

La combustion produit de la chaleur.

2. Afin d'étudier la partie médiane de la flamme, la plus brillante, insérez-y un bol en porcelaine (à l'aide d'une pince à creuset) pendant 2-3 secondes. Qu'avez-vous trouvé ?

Noircissement.

3. Pour étudier la composition de la partie supérieure de la flamme, insérez-y un bécher renversé humidifié avec de l'eau de chaux pendant 2-3 secondes afin que la flamme soit au milieu du bécher. Qu'observez-vous ?

Formation de sédiments solides.

4. Pour établir la différence de température dans les différentes parties de la flamme, insérez un éclat dans la partie inférieure de la flamme pendant 2-3 secondes (afin qu'il traverse toutes ses parties horizontalement). Qu'observez-vous ?

La partie supérieure brûle plus vite.

5. Complétez le rapport en remplissant le tableau 4.

Tâche 3. Etude du taux de consommation d'oxygène lors de la combustion.

1. Allumez une bougie et couvrez-la d'un pot de 0,5 litre. Déterminez la durée pendant laquelle la bougie brûle.

Réalisez des actions similaires en utilisant des pots d'autres tailles.

Remplissez le tableau 5.

La durée de combustion des bougies dépend du volume d'air.

2. Dessinez un graphique de la durée de combustion de la bougie en fonction du volume du pot (air). Utilisez-le pour déterminer le temps au bout duquel une bougie recouverte d'un pot de 10 litres s'éteindra.

3. Calculez le temps pendant lequel la bougie brûlera dans un bureau d'école fermé.

La longueur de la salle de chimie de l'école (a) est de 5 m, la largeur (b) est de 5 m et la hauteur (c) est de 3 m.
Le volume d'une salle de classe de chimie scolaire est de 75 mètres cubes. soit 75 000 litres. Le temps pendant lequel la bougie brûlera, en tenant compte du fait qu'aucun air ne pénètre dans la pièce et que tout l'oxygène est dépensé pour brûler la bougie, est de 2 700 000 s ou 750 heures.

Tâche 4. Présentation de la structure d'une lampe à alcool.

1. Regardez la figure 2 et écrivez le nom de chaque partie de la lampe à alcool. Vous trouverez les informations nécessaires à la page 23 du manuel.

1. Alcool
2. Mèche
3. Porte-mèche
4. Casquette

a) Pourquoi l'allumette est-elle tenue de côté lorsqu'on allume une lampe à alcool ?

Pour éviter de se brûler.

b) Pourquoi ne pouvez-vous pas allumer une lampe à alcool à partir d’une autre lampe à alcool allumée ?

L'alcool peut se répandre et prendre feu.

2. À l’aide de l’équipement à votre bureau, faites bouillir de l’eau dans un tube à essai.

La figure montre la quantité d'eau qui doit contenir le tube à essai, comment le fixer correctement dans le support ou dans le pied du trépied et dans quelle partie de la flamme le tube à essai doit être placé.

a) Quelle quantité d’eau faut-il verser dans le tube à essai ?

2/3 tubes à essai.

b) Comment tenir une éprouvette au-dessus de la flamme d'une lampe à alcool ?

À un angle éloigné de vous.

Le feu lui-même est un symbole de vie ; son importance ne peut guère être surestimée, car depuis l'Antiquité, il aide l'homme à se réchauffer, à voir dans le noir, à cuisiner de délicieux plats et également à se protéger.

Histoire de la flamme

Le feu accompagne l'homme depuis les temps primitifs. Un feu brûlait dans la grotte, l'isolant et l'éclairant, et lorsqu'ils partaient à la recherche d'une proie, les chasseurs emportaient avec eux des tisons ardents. Ils ont été remplacés par des torches goudronnées - des bâtons. Avec leur aide, les châteaux sombres et froids des seigneurs féodaux étaient illuminés et d'immenses cheminées chauffaient les salles. Dans les temps anciens, les Grecs utilisaient des lampes à huile - des théières en argile remplies d'huile. Aux Xe et XIe siècles, on commença à créer des bougies en cire et en suif.

Une torche a brûlé dans une hutte russe pendant de nombreux siècles, et lorsque le kérosène a commencé à être extrait du pétrole au milieu du XIXe siècle, les lampes à kérosène ont été utilisées, puis les brûleurs à gaz. Les scientifiques étudient toujours la structure de la flamme et découvrent de nouvelles possibilités.

Couleur et intensité du feu

L'oxygène est nécessaire pour produire une flamme. Plus il y a d'oxygène, meilleur est le processus de combustion. Si vous attisez la chaleur, de l'air frais y pénètre, ce qui signifie de l'oxygène, et lorsque des morceaux de bois ou des charbons fumants s'enflamment, une flamme apparaît.

Les flammes sont de différentes couleurs. Les flammes du feu de bois dansent dans les couleurs jaune, orange, blanc et bleu. La couleur de la flamme dépend de deux facteurs : la température de combustion et le matériau brûlé. Pour voir la dépendance de la couleur à la température, il suffit de surveiller la chaleur d'une cuisinière électrique. Immédiatement après la mise sous tension, les bobines chauffent et commencent à briller d'un rouge terne.

Plus ils chauffent, plus ils deviennent brillants. Et lorsque les bobines atteignent leur température la plus élevée, elles prennent une couleur orange vif. Si vous pouviez les chauffer encore plus, ils changeraient de couleur en jaune, blanc et éventuellement bleu. La couleur bleue indiquerait le niveau de chaleur le plus élevé. La même chose se produit avec le feu.

De quoi dépend la structure d’une flamme ?

Il scintille de différentes couleurs à mesure que la mèche brûle à travers la cire fondante. Le feu nécessite un accès à l'oxygène. Lorsqu’une bougie brûle, beaucoup d’oxygène ne pénètre pas au milieu de la flamme, près du bas. C'est pourquoi il semble plus sombre. Mais le dessus et les côtés reçoivent beaucoup d’air, donc la flamme y est très brillante. Elle chauffe jusqu'à plus de 1370 degrés Celsius, ce qui donne à la flamme de la bougie une couleur principalement jaune.

Et dans la cheminée ou dans le feu lors d'un pique-nique, vous pouvez voir encore plus de fleurs. Un feu de bois brûle à une température inférieure à celle d'une bougie. C'est pourquoi il semble plus orange que jaune. Certaines particules de carbone présentes dans le feu sont très chaudes et lui donnent une couleur jaune. Les minéraux et métaux comme le calcium, le sodium, le cuivre, chauffés à haute température, donnent au feu une variété de couleurs.

Couleur de la flamme

La chimie dans la structure de la flamme joue un rôle important, car ses différentes nuances proviennent de différents éléments chimiques présents dans le combustible en combustion. Par exemple, le feu peut contenir du sodium, qui fait partie du sel. Lorsque le sodium brûle, il émet une lumière jaune vif. Il peut également y avoir du calcium, un minéral, dans le feu. Par exemple, le lait contient beaucoup de calcium. Lorsque le calcium est chauffé, il émet une lumière rouge foncé. Et si un minéral comme le phosphore est présent dans le feu, il donnera une couleur verdâtre. Tous ces éléments peuvent se trouver dans le bois lui-même ou dans d’autres matériaux pris dans le feu. Finalement, le mélange de toutes ces différentes couleurs dans une flamme peut former la couleur blanche – tout comme un arc-en-ciel de couleurs réunies pour former la lumière du soleil.

D'où vient le feu ?

Le diagramme de structure de flamme représente des gaz en état de combustion, dans lesquels se trouvent des plasmas composites ou des substances solides dispersées. Des transformations physiques et chimiques s'y produisent, qui s'accompagnent de lueur, de dégagement de chaleur et d'échauffement.

Des langues de flammes forment des processus accompagnés de la combustion d'une substance. Comparé à l'air, le gaz a une densité plus faible, mais sous l'influence d'une température élevée, il augmente. C'est ainsi que vous obtenez des flammes longues ou courtes. Le plus souvent, il y a un flux doux d’une forme vers une autre. Pour constater ce phénomène, vous pouvez allumer le brûleur d'une cuisinière à gaz ordinaire.

Le feu allumé dans ce cas ne sera pas uniforme. Visuellement, la flamme peut être divisée en trois zones principales. Une simple étude de la structure de la flamme indique que différentes substances brûlent avec formation de différents types de torches.

Lorsque le mélange gaz-air est enflammé, une courte flamme avec une teinte bleue et violette se forme d'abord. Vous pouvez y voir un noyau vert-bleu en forme de triangle.

Zones de flammes

Compte tenu de la structure de la flamme, on distingue trois zones : la première, préliminaire, où commence le chauffage du mélange sortant de l'ouverture du brûleur. Vient ensuite la zone où se déroule le processus de combustion. Cette zone couvre le sommet du cône. Lorsqu'il n'y a pas suffisamment de débit d'air, la combustion du gaz se produit partiellement. Cela produit du monoxyde de carbone et des résidus d'hydrogène. Leur combustion a lieu dans la troisième zone, où l'accès à l'oxygène est bon.

Par exemple, imaginons la structure de la flamme d’une bougie.

Le schéma de combustion comprend :

• la première est la zone sombre ;
• la seconde - la zone lumineuse;
• la troisième est une zone transparente.

Le fil de la bougie ne brûle pas, mais seule la mèche se carbonise.

La structure de la flamme d’une bougie est un flux de gaz chaud qui monte vers le haut. Le processus commence par chauffer jusqu'à ce que la paraffine s'évapore. La zone adjacente au fil est appelée la première zone. Il a une légère lueur bleue en raison d’une quantité excessive de matière inflammable, mais d’un faible apport d’oxygène. Ici, le processus de combustion partielle des substances se produit avec formation de fumées, qui s'oxydent ensuite.

La première zone est recouverte d'une coque lumineuse. Il contient une quantité suffisante d’oxygène, ce qui favorise la réaction oxydative. C'est ici qu'avec un chauffage intense des particules de combustible restant et des particules de charbon, un effet de lueur est observé.

La deuxième zone est recouverte d'une coque à peine perceptible à haute température. Beaucoup d'oxygène y pénètre, ce qui favorise la combustion complète des particules de carburant.

Flamme de lampe à alcool

Pour diverses expériences chimiques, de petits récipients contenant de l'alcool sont utilisés. On les appelle lampes à alcool. La structure de la flamme est similaire à celle d’une flamme de bougie, mais elle possède néanmoins ses propres caractéristiques. La mèche laisse échapper de l'alcool, ce qui est facilité par la pression capillaire. Lorsque le haut de la mèche est atteint, l’alcool s’évapore. Sous forme de vapeur, il s'enflamme et brûle à une température ne dépassant pas 900 °C.

La structure de la flamme d'une lampe à alcool a la forme habituelle, elle est presque incolore, avec une teinte légèrement bleutée. Ses zones sont plus floues que celles d'une bougie. Dans un brûleur à alcool, la base de la flamme est située au dessus de la grille du brûleur. L'approfondissement de la flamme entraîne une diminution du volume du cône sombre, et une zone lumineuse émerge du trou.

Processus chimiques dans une flamme

Le processus d'oxydation se déroule dans une zone peu visible, située au sommet et où la température est la plus élevée. Dans celui-ci, les particules du produit de combustion subissent une combustion finale. Et l'excès d'oxygène et le manque de carburant entraînent un fort processus d'oxydation. Cette capacité peut être utilisée pour chauffer rapidement des substances sur un brûleur. Pour ce faire, la substance est plongée au sommet de la flamme, où la combustion se produit beaucoup plus rapidement.

Les réactions de réduction se produisent dans les parties centrale et inférieure de la flamme. Il existe un apport suffisant de carburant et un petit apport d'oxygène nécessaire au processus de combustion. Lorsque des substances contenant de l'oxygène sont ajoutées à ces zones, l'oxygène est éliminé.

Le processus de décomposition du sulfate ferreux est considéré comme une flamme réductrice. Lorsque FeSO 4 pénètre au milieu de la torche, il s'échauffe d'abord puis se décompose en oxyde ferrique, anhydride et dioxyde de soufre. Dans cette réaction, le soufre est réduit.

Température du feu

Chaque zone de la flamme d'une bougie ou d'un brûleur possède ses propres indicateurs de température, en fonction de l'accès à l'oxygène. La température de la flamme nue, selon la zone, peut varier de 300 °C à 1600 °C. Un exemple est la flamme de diffusion et laminaire, la structure de ses trois coques. Le cône de flamme dans la zone sombre a une température de chauffage allant jusqu'à 360 °C. Au-dessus se trouve une zone lumineuse. Sa température de chauffage varie de 550 à 850 °C, ce qui conduit à la division du mélange combustible et à son processus de combustion.

La zone extérieure est légèrement visible. Dans celui-ci, le chauffage de la flamme atteint 1560 °C, ce qui s'explique par les propriétés des molécules de la substance en combustion et la vitesse d'entrée des agents oxydants. Ici, le processus de combustion est le plus énergique.

Feu purificateur

La flamme contient un énorme potentiel énergétique ; les bougies sont utilisées dans les rituels de purification et de pardon. Et comme il est agréable de s'asseoir près d'une cheminée lors des tranquilles soirées d'hiver, de se réunir en famille et de discuter de tout ce qui s'est passé pendant la journée.

Les flammes du feu et des bougies portent une énorme charge d'énergie positive, car ce n'est pas pour rien que ceux qui sont assis près de la cheminée ressentent la paix, le confort et la tranquillité dans leur âme.

Comment maudire les ténèbres
Il vaut mieux au moins l'allumer
une petite bougie.
Confucius

Au début

Les premières tentatives pour comprendre le mécanisme de combustion sont associées aux noms de l'Anglais Robert Boyle, du Français Antoine Laurent Lavoisier et du Russe Mikhail Vasilyevich Lomonosov. Il s'est avéré que lors de la combustion, la substance ne « disparaît » nulle part, comme on le croyait naïvement, mais se transforme en d'autres substances, pour la plupart gazeuses et donc invisibles. Lavoisier fut le premier à démontrer en 1774 que lors de la combustion, environ un cinquième de cette substance est perdue dans l'air. Au XIXe siècle, les scientifiques ont étudié en détail les processus physiques et chimiques qui accompagnent la combustion. La nécessité de tels travaux était principalement due aux incendies et aux explosions dans les mines.

Mais ce n’est que dans le dernier quart du XXe siècle que les principales réactions chimiques accompagnant la combustion ont été identifiées et, à ce jour, de nombreux points noirs subsistent dans la chimie des flammes. Ils sont étudiés selon les méthodes les plus modernes dans de nombreux laboratoires. Ces études ont plusieurs objectifs. D'une part, il est nécessaire d'optimiser les processus de combustion dans les fours des centrales thermiques et dans les cylindres des moteurs à combustion interne, pour éviter une combustion explosive (détonation) lorsque le mélange air-essence est comprimé dans un cylindre de voiture. D'autre part, il est nécessaire de réduire la quantité de substances nocives formées lors du processus de combustion et, en même temps, de rechercher des moyens plus efficaces d'extinction de l'incendie.

Il existe deux types de flammes. Le combustible et le comburant (le plus souvent de l'oxygène) peuvent être introduits de force ou spontanément dans la zone de combustion séparément et mélangés dans la flamme. Ou ils peuvent être mélangés à l'avance - de tels mélanges peuvent brûler ou même exploser en l'absence d'air, comme la poudre à canon, les mélanges pyrotechniques pour feux d'artifice, le carburant pour fusée. La combustion peut se produire à la fois avec la participation de l'oxygène entrant dans la zone de combustion avec l'air et avec l'aide de l'oxygène contenu dans la substance oxydante. L'une de ces substances est le sel de Berthollet (chlorate de potassium KClO 3) ; cette substance abandonne facilement l'oxygène. Un oxydant puissant est l'acide nitrique HNO 3 : sous sa forme pure, il enflamme de nombreuses substances organiques. Les nitrates, sels d'acide nitrique (par exemple, sous forme d'engrais - nitrate de potassium ou d'ammonium), sont hautement inflammables s'ils sont mélangés à des substances inflammables. Un autre comburant puissant, le tétroxyde d'azote N 2 O 4, est un composant des carburants pour fusées. L'oxygène peut également être remplacé par des agents oxydants puissants comme le chlore, dans lequel de nombreuses substances brûlent, ou le fluor. Le fluor pur est l'un des agents oxydants les plus puissants ; l'eau brûle dans son flux.

Réactions en chaîne

Les bases de la théorie de la combustion et de la propagation des flammes ont été posées à la fin des années 20 du siècle dernier. À la suite de ces études, des réactions en chaîne ramifiées ont été découvertes. Pour cette découverte, le physicien-chimiste russe Nikolai Nikolaevich Semenov et le chercheur anglais Cyril Hinshelwood ont reçu le prix Nobel de chimie en 1956. Des réactions en chaîne non ramifiées plus simples ont été découvertes en 1913 par le chimiste allemand Max Bodenstein en utilisant l'exemple de la réaction de l'hydrogène avec le chlore. La réaction globale est exprimée par la simple équation H 2 + Cl 2 = 2HCl. En fait, il s’agit de fragments de molécules très actifs – les soi-disant radicaux libres. Sous l'influence de la lumière dans les régions ultraviolettes et bleues du spectre ou à des températures élevées, les molécules de chlore se désintègrent en atomes, qui entament une longue chaîne de transformations (parfois jusqu'à un million de maillons) ; Chacune de ces transformations est appelée réaction élémentaire :

Cl + H 2 → HCl + H,
H + Cl 2 → HCl + Cl, etc.

A chaque étape (maillon réactionnel), un centre actif (atome d'hydrogène ou de chlore) disparaît et en même temps un nouveau centre actif apparaît, poursuivant la chaîne. Les chaînes se brisent lorsque deux espèces actives se rencontrent, par exemple Cl + Cl → Cl 2. Chaque chaîne se propage très rapidement, donc si les particules actives « initiales » sont générées à grande vitesse, la réaction se déroulera si rapidement qu'elle peut conduire à une explosion.

N. N. Semenov et Hinshelwood ont découvert que les réactions de combustion des vapeurs de phosphore et d'hydrogène se déroulent différemment : la moindre étincelle ou flamme nue peut provoquer une explosion même à température ambiante. Ces réactions sont des réactions en chaîne ramifiée : les particules actives « se multiplient » au cours de la réaction, c'est-à-dire que lorsqu'une particule active disparaît, deux ou trois apparaissent. Par exemple, dans un mélange d'hydrogène et d'oxygène, qui peut être stocké tranquillement pendant des centaines d'années s'il n'y a pas d'influences extérieures, l'apparition d'atomes d'hydrogène actifs pour une raison ou une autre déclenche le processus suivant :

H + O 2 → OH + O,
O + H 2 → OH + H.

Ainsi, en un laps de temps insignifiant, une particule active (atome H) se transforme en trois (un atome d'hydrogène et deux radicaux hydroxyles OH), qui lancent déjà trois chaînes au lieu d'une. En conséquence, le nombre de chaînes augmente comme une avalanche, ce qui conduit instantanément à une explosion du mélange d'hydrogène et d'oxygène, car dans cette réaction beaucoup d'énergie thermique est libérée. Les atomes d'oxygène sont présents dans les flammes et dans la combustion d'autres substances. Ils peuvent être détectés en dirigeant un flux d’air comprimé sur le dessus de la flamme du brûleur. Dans le même temps, une odeur caractéristique d'ozone sera détectée dans l'air - ce sont des atomes d'oxygène « collant » aux molécules d'oxygène pour former des molécules d'ozone : O + O 2 = O 3, qui ont été évacuées de la flamme par l'air froid. .

La possibilité d'une explosion d'un mélange d'oxygène (ou d'air) avec de nombreux gaz inflammables - hydrogène, monoxyde de carbone, méthane, acétylène - dépend des conditions, principalement de la température, de la composition et de la pression du mélange. Ainsi, si, à la suite d'une fuite de gaz domestique dans la cuisine (il est constitué principalement de méthane), sa teneur dans l'air dépasse 5 %, alors le mélange explosera à cause de la flamme d'une allumette ou d'un briquet, et même de une petite étincelle qui glisse à travers l'interrupteur lors de l'allumage de la lumière. Il n’y aura pas d’explosion si les chaînes se brisent plus vite qu’elles ne peuvent se ramifier. C'est pourquoi la lampe pour mineurs, développée en 1816 par le chimiste anglais Humphry Davy, sans rien connaître de la chimie de la flamme, était sûre. Dans cette lampe, la flamme nue était isolée de l'atmosphère extérieure (qui pourrait être explosive) avec un épais treillis métallique. Sur la surface métallique, les particules actives disparaissent effectivement, se transformant en molécules stables et ne peuvent donc pas pénétrer dans l'environnement extérieur.

Le mécanisme complet des réactions en chaîne ramifiée est très complexe et peut comprendre plus d'une centaine de réactions élémentaires. De nombreuses réactions d'oxydation et de combustion de composés inorganiques et organiques sont des réactions en chaîne ramifiée. Il en sera de même pour la réaction de fission des noyaux d'éléments lourds, par exemple le plutonium ou l'uranium, sous l'influence de neutrons, qui agissent comme des analogues de particules actives dans les réactions chimiques. En pénétrant dans le noyau d'un élément lourd, les neutrons provoquent sa fission, qui s'accompagne de la libération d'une très haute énergie ; Dans le même temps, de nouveaux neutrons sont émis par le noyau, provoquant la fission des noyaux voisins. Les processus chimiques et nucléaires en chaîne ramifiée sont décrits par des modèles mathématiques similaires.

De quoi avez-vous besoin pour commencer ?

Pour que la combustion commence, un certain nombre de conditions doivent être remplies. Tout d'abord, la température de la substance inflammable doit dépasser une certaine valeur limite, appelée température d'inflammation. Le célèbre roman de Ray Bradbury, Fahrenheit 451, doit son nom au fait qu'à environ cette température (233°C), le papier prend feu. Il s'agit de la « température d'inflammation » au-dessus de laquelle les combustibles solides libèrent des vapeurs inflammables ou des produits de décomposition gazeux en quantités suffisantes pour leur combustion stable. La température d’inflammation du bois de pin sec est à peu près la même.

La température de la flamme dépend de la nature de la substance combustible et des conditions de combustion. Ainsi, la température d'une flamme de méthane dans l'air atteint 1900°C et lors d'une combustion dans l'oxygène - 2700°C. Une flamme encore plus chaude est produite par la combustion d'hydrogène (2 800 °C) et d'acétylène (3 000 °C) dans de l'oxygène pur. Pas étonnant que la flamme d'un chalumeau à acétylène coupe facilement presque tous les métaux. La température la plus élevée, environ 5 000°C (elle est enregistrée dans le Livre Guinness des Records), est obtenue lors de la combustion dans l'oxygène d'un liquide à faible point d'ébullition - le sous-nitrure de carbone C 4 N 2 (cette substance a la structure du dicyanoacétylène NC–C =C–CN). Et selon certaines informations, lorsqu’il brûle dans une atmosphère d’ozone, la température peut atteindre 5 700°C. Si ce liquide est incendié dans l’air, il brûlera avec une flamme rouge et fumée avec une bordure vert-violet. D’un autre côté, les flammes froides sont également connues. Par exemple, les vapeurs de phosphore brûlent à basse pression. Une flamme relativement froide est également obtenue lors de l'oxydation du sulfure de carbone et des hydrocarbures légers dans certaines conditions ; par exemple, le propane produit une flamme froide à pression réduite et à des températures comprises entre 260 et 320 °C.

Ce n’est que dans le dernier quart du XXe siècle que le mécanisme des processus se produisant dans les flammes de nombreuses substances combustibles a commencé à devenir plus clair. Ce mécanisme est très complexe. Les molécules d'origine sont généralement trop grosses pour réagir directement avec l'oxygène et former des produits de réaction. Par exemple, la combustion de l'octane, l'un des composants de l'essence, est exprimée par l'équation 2C 8 H 18 + 25 O 2 = 16 CO 2 + 18 H 2 O. Cependant, les 8 atomes de carbone et les 18 atomes d'hydrogène d'un La molécule d'octane ne peut pas se combiner simultanément avec 50 atomes d'oxygène : pour que cela se produise, de nombreuses liaisons chimiques doivent être rompues et de nombreuses nouvelles doivent être formées. La réaction de combustion se déroule en plusieurs étapes - de sorte qu'à chaque étape seul un petit nombre de liaisons chimiques est rompue et formée, et le processus consiste en de nombreuses réactions élémentaires se produisant séquentiellement, dont la totalité apparaît à l'observateur comme une flamme. Il est difficile d’étudier les réactions élémentaires, principalement parce que les concentrations de particules intermédiaires réactives dans la flamme sont extrêmement faibles.

À l'intérieur de la flamme

Le sondage optique de différentes zones de la flamme à l'aide de lasers a permis d'établir la composition qualitative et quantitative des particules actives qui y sont présentes - fragments de molécules d'une substance combustible. Il s'est avéré que même dans la réaction apparemment simple de combustion de l'hydrogène dans l'oxygène 2H 2 + O 2 = 2H 2 O, plus de 20 réactions élémentaires se produisent avec la participation de molécules O 2, H 2, O 3, H 2 O 2 , H 2 O, particules actives N, O, OH, MAIS 2. Voici par exemple ce que le chimiste anglais Kenneth Bailey a écrit à propos de cette réaction en 1937 : « L'équation de la réaction de l'hydrogène avec l'oxygène est la première équation avec laquelle la plupart des débutants en chimie se familiarisent. Cette réaction leur paraît très simple. Mais même les chimistes professionnels sont quelque peu étonnés de voir un livre d’une centaine de pages intitulé « La réaction de l’oxygène avec l’hydrogène », publié par Hinshelwood et Williamson en 1934. » À cela, nous pouvons ajouter qu'en 1948, une monographie beaucoup plus importante de A. B. Nalbandyan et V. V. Voevodsky a été publiée, intitulée « Le mécanisme de l'oxydation et de la combustion de l'hydrogène ».

Les méthodes de recherche modernes ont permis d'étudier les différentes étapes de ces processus et de mesurer la vitesse à laquelle diverses particules actives réagissent entre elles et avec des molécules stables à différentes températures. Connaissant le mécanisme des différentes étapes du processus, il est possible « d'assembler » l'ensemble du processus, c'est-à-dire de simuler une flamme. La complexité d'une telle modélisation réside non seulement dans l'étude de l'ensemble des réactions chimiques élémentaires, mais aussi dans la nécessité de prendre en compte les processus de diffusion des particules, de transfert de chaleur et de flux de convection dans la flamme (ce sont ces derniers qui créent le fascinant jeu de langues d'un feu brûlant).

D'où vient tout ?

Le principal combustible de l’industrie moderne est constitué d’hydrocarbures, allant du plus simple, le méthane, aux hydrocarbures lourds, contenus dans le fioul. La flamme du méthane, même l’hydrocarbure le plus simple, peut impliquer jusqu’à une centaine de réactions élémentaires. Cependant, tous n’ont pas été étudiés de manière suffisamment détaillée. Lorsque des hydrocarbures lourds, comme ceux que l’on trouve dans la paraffine, brûlent, leurs molécules ne peuvent atteindre la zone de combustion sans rester intactes. Même en s'approchant de la flamme, en raison de la température élevée, ils se divisaient en fragments. Dans ce cas, les groupes contenant deux atomes de carbone sont généralement séparés des molécules, par exemple C 8 H 18 → C 2 H 5 + C 6 H 13. Les espèces actives avec un nombre impair d’atomes de carbone peuvent extraire des atomes d’hydrogène, formant des composés avec des liaisons doubles C=C et triples C≡C. Il a été découvert que dans une flamme, de tels composés peuvent entrer dans des réactions qui n'étaient pas connues auparavant des chimistes, car ils ne se produisent pas en dehors de la flamme, par exemple C 2 H 2 + O → CH 2 + CO, CH 2 + O 2 → CO2 + H + N.

La perte progressive d'hydrogène par les molécules initiales entraîne une augmentation de la proportion de carbone dans celles-ci, jusqu'à la formation de particules C 2 H 2, C 2 H, C 2. La zone de flamme bleu-bleu est due à la lueur des particules excitées de C 2 et CH dans cette zone. Si l'accès de l'oxygène à la zone de combustion est limité, alors ces particules ne s'oxydent pas, mais sont collectées en agrégats - elles polymérisent selon le schéma C 2 H + C 2 H 2 → C 4 H 2 + H, C 2 H + C 4 H 2 → C 6 H 2 + N, etc.

Le résultat est des particules de suie constituées presque exclusivement d’atomes de carbone. Ils ont la forme de minuscules boules, mesurant jusqu'à 0,1 micromètre de diamètre, contenant environ un million d'atomes de carbone. De telles particules, à haute température, produisent une flamme jaune bien lumineuse. Au sommet de la flamme de la bougie, ces particules brûlent, la bougie ne fume donc pas. Si ces particules d'aérosol adhèrent davantage, des particules de suie plus grosses se forment. En conséquence, la flamme (par exemple, la combustion du caoutchouc) produit de la fumée noire. Une telle fumée apparaît si la proportion de carbone par rapport à l'hydrogène dans le carburant d'origine est augmentée. Un exemple est la térébenthine - un mélange d'hydrocarbures de composition C 10 H 16 (C n H 2n–4), de benzène C 6 H 6 (C n H 2n–6) et d'autres liquides inflammables avec un manque d'hydrogène - tous d'entre eux fument lorsqu'ils sont brûlés. Une flamme enfumée et très lumineuse est produite par la combustion de l'acétylène C 2 H 2 (C n H 2n–2) dans l'air ; Autrefois, une telle flamme était utilisée dans les lanternes à acétylène montées sur les vélos et les voitures, ainsi que dans les lampes des mineurs. Et vice versa : les hydrocarbures à haute teneur en hydrogène - méthane CH 4, éthane C 2 H 6, propane C 3 H 8, butane C 4 H 10 (formule générale C n H 2n + 2) - brûlent avec un accès à l'air suffisant avec un flamme presque incolore. Un mélange de propane et de butane sous forme de liquide sous basse pression se retrouve dans les briquets, ainsi que dans les bouteilles utilisées par les estivants et les touristes ; les mêmes bouteilles sont installées dans les voitures à essence. Plus récemment, on a découvert que la suie contient souvent des molécules sphériques constituées de 60 atomes de carbone ; on les appelait fullerènes, et la découverte de cette nouvelle forme de carbone a été marquée par l'attribution du prix Nobel de chimie en 1996.