Un TFE bien enfummé !

[Dragonfirst]

Bonjour bonjour

Je viens solliciter votre aide car je ne trouve pas ce que je veux sur la toile.. Cette année, mon TFE porte sur la pyrotechnie (feux d'artifices, aribags, fumigènes,...) et je suis un peu calé.
Je travaille actuellement sur les fumigènes, et plus précisément sur un type de fumigène, la réaction de combustion du sucre avec du salpêtre, suivant la réaction:
5 C12H22O11 + 48 KNO3 ---> 24 K2CO3 + 55 H2O + 24 N2 + 36 CO2 (du moins, si celle-ci est correcte).

Déjà là, j'ai une question: les sites internet me disent que les proportions pour préparer un tel mélange sont respectivement de 3:2. Or, selon l'équation, elles seraient de 1:10 environ. Les seules informations correspondantes aux ratios 3:2 sont les travaux de Richard Nakka, mais ils n'ont pas réellement le même but que moi, étant donné qu'ils visent la performance des carburants pour rockets si je me souviens bien. D'autres part, j'ai lu quelque part qu'un surplus se sucre augmentait la fumée. Qui aurait tord, qui aurait raison?

Bref, suivant la préparation des fumigènes, j'ai déjà pu en déduire certaines choses:

Il faut mélanger les deux poudres et les faire caraméliser à feu doux jusqu'à obtenir une pâte homogène et solide.
=> le saccharose va se décomposer en glucose et fructose, avec l'aide de l'humidité ambiante.

Mettre le feu et la fumée apparait.
=> Et c'est là que ça coince. La combustion n'a pas besoin de trouver de l'oxygène extérieur (définition même de la pyrotechnie) pour avoir lieu, donc il faut commencer par trouver de l'O2 dans l'équation. D'après moi, ça commence avec le KNO3, suivant l'équation:
4KNO3 -> 2K2O + 2N2 + 5 O2. Cela est-il possible?
Si oui, quelles seraient les équations intermédiaires à cette réaction?
Si non, pourquoi? Sachant que j'ai aussi lu quelque part que la réaction avait difficile à ce faire en milieu organique, et qu'elle suivait (peut-être) l'équation:
KNO3 -> KNO2 + 1/2 O2.

Bref, dans les deux cas ça libérerait de l'O2, c'est déjà pas mal.
Et ensuite, c'est le Black Out total, je suis perdu. Je sais que le glucose va être oxydé et le dioxygène réduit suivant la réaction:
C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O (avec une procédure analogue pour le fructose)
Ce que je ne sais pas, c'est comment cette réaction va se produire, donc les étapes intermédiaires (je pense que ça va se produire au niveau du squelette carboné mais de là à obtenir les produits finaux..).

Et dernier point, suivant le bilan de la réaction, je devrais obtenir du K2CO3 (solide), or je n'en parle nulle part.
J'en ai légèrement discuté avec mon professeur d'exercices de chimie, et il m'a dit que la réaction que cette réaction pourrait se produire (peut-être) en présence d'eau:
K2O + CO2 -> K2CO3
Cela est-il possible? Et si, dans le doute, la décomposition du KNO3 de tout à l'heure se faisait avec non-pas une production de K2O mais de KNO2, la réaction pourrait-elle se faire ainsi:
4KNO2 + 2 CO2 -> 2 K2CO3 + 2 N2 ?
Et dans les deux cas, je ne sais pas comment ces réactions peuvent se produire (donc les étapes intermédiaires, ce qui reste mon principal soucis pour toutes les équations que j'ai écrites..)

Si vous pouviez m'aider, partiellement ou totalement , ça serait super gentil, parce-que là, je nage un petit peu dans l'incompréhension..

Merci d'avance
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[moco]

Ta réaction se décompose en deux étapes, une qui produit des O, et l'autre qui les consomme.
1. 2 KNO₃ --> K₂O + N₂ + 5 O
2. C₁₂H₂₂O₁₁ + 24 O --> 12 CO₂ + 11 H₂O
Pour équilibrer le tout il faut que l'on produise autant de O qu'on en consomme. Il faut donc multiplier ces équations par 24 et par 5. Cela donnera :
1'. 48 KNO₃ --> 24 K₂O + 24 N₂ + 120 O
2'. 5 C₁₂H₂₂O₁₁ + 120 O --> 60 CO₂ + 55 H₂O.
La somme de tout cela sera :
48 KNO₃ + 5 C₁₂H₂₂O₁₁ --> 24 K₂O + 60 CO₂ + 55 H₂O + 24 N₂
Mais ce n'est pas fini, car K₂O n'est pas vraiment éjecté de la réaction. Avant d'être éjecté, il se combine avec CO₂, pour faire K₂CO₃, qui forme la plus grande partie de la poudre blanche issue de ton mélange fumigène. Le reste sera l'eau. Donc les 24 K₂O réagissent avec 24 CO₂, et il ne sortira que 60 - 24 = 36 CO₂.
La réaction finale est celle que tu as écrite. Elle implique la nécessité de mélanger 48 moles de KNO3 et 5 moles de sucre.
A aucun moment il va se former KNO₂. Et si jamais il s'en formait, ce serait transitoire
48 moles de KNO3 pèse 48·101 = 4848 g de KNO₃
5 moles de sucre pèse 5·(144+22+176) = 1710 g de sucre.
Si on ne fait pas ce mélange avec ces proportions, il va se passer une autre réaction.
Comme toujours dans toutes ce préparations à base de slapêtre, il faut tulours beaucop plus de salpêtre que de toute autre chose.

[Dragonfirst]

Merci pour ta réponse, ça confirme une partie de ce que je pensais..

Maintenant que j'ai toutes les clefs en main au niveau macroscopique, pourrais-tu éclairer ma lanterne sur ce qu'il ce passe au niveau moléculaire? Je m'explique par 3 sous questions:
1) 2 KNO3 --> K2O + N2 + 5/2 O, pourquoi la combustion se passe suivant cette réaction, que se passe t'il au niveau des électrons par exemple?
2) C12H22O11 + 12 O2 --> 12 CO2 + 11 H2O, ceci est une rédox, mais pourrais-tu m'expliquer les étapes intermédiaires qui permettent d'arriver à cette équation bilan, de nouveau au niveau des électrons par exemple?
3) K2O se lie instantanément avec du CO2 pour donner K2CO3. Je viens de chercher un peu et cette réaction ne se fait qu'en présence d'eau (présent par la décomposition du sucre), saurais-tu me dire si mon raisonnement est correct: K2O + H2O va former du KOH. Le CO2 va former avec l'eau de l'H2CO3. Ensuite, ça serait simplement une réaction acide base, true?

En tout cas un grand merci pour l'aide que tu m'as déjà apportée, je vois un peu plus clair dans cette fumée

[Hamiltonien]

Ce sera sûrement très intéressant ce tfe !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Dragonfirst]

Je l'espère je l'espère, on verra bien, encore faut-il trouver l'explication de ces équations intermédiaires

[Hamiltonien]

Si quelqu'un peut aider