Décomposition en etapes de la combustion H²

[Jay Robinson]

Bonjour à tous!

Voici une vielle question à laquelle je ne trouve de réponse depuis plusieurs années
Le sujet est extrêmement simple vous me direz...

Si on apporte de l'énergie à un gaz contenant exclusivement du dioxygène et du dihydrogène, ça fait boom
L'équation de la réaction est la suivante: excitation + H² + O² => 2x H²0 + Chaleur
J'ai du mal à comprendre d'ou vient toute cette énergie en fin de réaction alors j'ai essayé de décomposer en étapes suite à mes recherches sur internet

Question: Voici ce que je devine de la séquence. Pouvez vous me corriger s'il vous plait?
1)- Excitation des deux électrons de la molécule H² en fournissant un peu d'énergie
2)- Les deux électrons se libèrent et retombent sur des molécules O²
3)- Les deux protons du H² ne sont plus neutralisés par leurs électrons et se repoussent violemment, cassant la molécule
4)- Les deux noyaux d'oxygène du O² ne sont plus neutralisés par leurs électrons et se repoussent violemment, cassant la molécule
5)- Les Protons retombent violemment sur des atomes d'oxygène libres et le choc de la chute devient de l'agitation thermique
6)- L'énergie thermique globale du milieu a augmenté

Maintenant dans la réaction inverse, le craquage de l'eau, il me semble que ma logique ne fonctionne pas, ce qui me fait penser que je suis dans l'erreur...
1)- Électrolyse de l'eau
2)- les molécules d'eau reçoivent de l'énergie électrique qui augmente leur agitation thermique au point que des électrons soient éjectés
3)- Deux protons sont alors ensuite éjectés de la molécule d'eau car l'ensemble n'est plus neutre
4)- Les protons restent isolés jusqu'à ce qu'un électron se fasse capturer
5)- Deux hydrogènes s'associent en H² pendant que deux Oxygènes s'associent en O² grâce aux liaisons de covalence
6)- L'énergie thermique du milieu est sensé avoir diminué mais je ne voit pas pourquoi/comment...?

Merci beaucoup pour votre aide
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[moco]

Dans tes deux réactions, tu crois que les électrons se séparent puis sont attirés par les protons d'un autre atome. Je crois, moi, qu'il n'en est rien. Je vois le mécanisme de la réaction ainsi.

Dans la réaction 2H2 + O2 -> 2H2O, on fournit d'abord un peu d'énergie. La liaison la plus faible se rompt ; c'est celle de la liaison H-H. Il se forme deux atomes neutres H· dans une réaction endothermique. Mais ce sera la seule endothermique. Ces atomes H· ne forment rien s'ils entrent en collision avec H2. Par contre, chacun d'eux peuvent se fixer sur une molécule O2 : cela crée l'espèce instable HO2·. Cette espèce HO2· se heurte aux molécules voisines, donc H2 et O2. Les chocs avec O2 ne produisent rien, car la liaison O=O est très forte. Par contre, dans les chocs avec H2, il se produit la réaction exothermique : HO2· + H2 -> H2O + OH·. Il se forme donc de l'eau et un radical OH· qui est lui même très réactif. Il réagit avec les molécules voisines, donc O2 et H2. Là encore la réaction avec O2 ne donne rien. Par contre la réaction de OH· avec H2 produit la réaction exothermique : OH· + H2 -> H2O + H·. Il se forme la 2ème molécule d'eau, et un atome neutre H· qui réagit comme les deux H créés en début de réaction. Et la chaîne continue via ces atomes H·.

Et voilà comment H2 et O2 réagissent pour former de l'eau. Pour résumer, je répète les équations des réactions successives :

H2 -> 2 H· (endothermique)
H· + O2 -> HO2· (exothermique)
HO2· + H2 -> H2O + OH· (exothermique)
OH· + H2 -> H2O + H· (exothermique)

[Jay Robinson]

Bonjour moco,

Je comprends bien cette séquence, et qu'en est il de la cessation de l'électron?
Car il me semble que dans une réaction d'oxydo-réduction il y a un élément qui va perdre un électron (réduction) au profit du second (oxydation)
Ou alors suis-je totalement à coté de la plaque?

Merci beaucoup
Cordialement

[moco]

Ces notions d'électrons cédés par le réducteur et gagné par l'oxydant marchent très bien pour les réactions redox en phase aqueuse. Elles marchent moins bien pour les oxydations dues à l'oxygène en phase gazeuse. Par exemple, les combustions de C et de Mg à l'air dues à l'action de O2 peuvent s'écrire : C + O2 -> CO2, ou 2 Mg + O2 -> 2 MgO. Elles devraient, mais elles ne s'écrivent jamais sous la forme suivante de demi-équations. Pour le carbone, cela donnerait : :
C + 2 H2O --> CO2 + 4 H+ + 4 e-
O2 + 4 e- + H+ --> 2 H2O

La somme ces deux équation donne bien C + O2 -> CO2. Mais en réalité les demi-équations sont un moyen d'équilibrer la réaction. Cela n'indique pas que la combustion se produit sous forme de deux demi-équations. Il n'intervient jamais de H+ et de H2O dans la combustion de C.

Dans la combustion de l'hydrogène, c'est pareil. L'oxydation en se produit pas sous forme des demi-équations logiques.

[A voir en vidéo sur Futura]

[gts2]

Bonjour,

A l'arrivée, la molécule d'eau est polarisée, le "nuage" électronique de la liaison O-H est déformé vers O (le plus électronégatif).

[Jay Robinson]

Dans la combustion de l'hydrogène, c'est pareil. L'oxydation en se produit pas sous forme des demi-équations logiques.

Cela s'applique-t-il aux demies équations de ton premier message?
Dans ce cas là, que se passe-t-il réellement?

Merci!

[gts2]

Cela s'applique-t-il aux demies équations de ton premier message ?

Si vous voulez parler du message #2 de @moco, il n'y a pas de demi-équation, mais que des équations (il n'y a pas d'e- "libre")

Dans ce cas là, que se passe-t-il réellement ?

Ce qui est indiqué dans le message#2 qui est à la fois énoncé en français et sous forme d'équation.
Quel est le problème exactement ? Le point de H^. ?
Si c'est cela, H^. est un atome d'hydrogène avec donc un électron célibataire indiqué par le point.
Cet électron célibataire rend l'espèce très réactive.

[Opabinia]

Bonjour,
La combustion du dihydrogène s'effectue par le mécanisme:

Il s'agit d'une réaction en chaîne divergente, à cause des étapes (2) et (3) qui multiplient les intermédiaires réactionnels.

[Resartus]

Bonjour,
La réaction H2/O2 est un de celles qui ont été le plus disséquées et modélisées, notamment par la recherche spatiale, et encore aujourd'hui
Ce lien (en Anglais, désolé) donne en page 2 un modèle "simplifié" à 12 réactions élémentaires valable pour la combustion.
https://core.ac.uk/download/pdf/29403075.pdf

Il n'y a que des molécules et des radicaux, comme indiqué par Moco.

L'ionisation thermique (i.e. due seulement aux chocs entre espèces) existe, mais elle reste marginale à ces températures relativement "basses" (même si on parle d'environ 2800°), car c'est un processus très coûteux en énergie

[moco]

Comme le disent gts2, Opabinia, Resartus, la réaction H2 + O2 est une oxydation. Mais le mécanisme admis ne propose jamais d'étapes amenant une perte ou un gain d'électrons ! Cela indique que cette oxydation se produit sans que les électrons des demi-équations n'interviennent. Les demi-équations sont utiles pour décrire une oxydation, et pour équilibrer l'équation redox. Mais l'oxydation peut très bien se produire en plusieurs étapes, sans qu'il y ait nulle part transfert d'électron.

[Jay Robinson]

Ok, il semble que j etais complettement dans l'erreur...!
Merci à tous pour ces explication je vais etudier tout ça
En bilan je ne vois plus pourquoi cette réaction est qualifiée de redox

[Baal149]

Bonjour,

On peut parler de réaction redox parce les atomes en présence voient leurs DO changer : pour H on passe de 0 à +1 ; pour O on passe de 0 à -2
D'un point de vu mécanisme, comme évoqué plus haut par mes prédécesseurs, la réaction ne se fait pas par des ruptures de liaison hétérolytique (formation de charge) mais pas des ruptures homolytiques (formation de radicaux neutres) ; car ça serait top couteux en énergie.
En apparence, le mécanisme ne fait donc pas apparaitre de charge qui conduirait à un changement de DO comme on peut le voir plus classiquement dans des réactions redox. Mais vu qu'on forme une liaison H-O, il y a bien polarisation de la liaison et donc le DO change.