Nature des réactions chimiques
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Sommaire
Le combustible KNO3/sucre
Combustion avec du chlorate de soude
Hydrogène / Oxygène
I) Le combustible KNO3/sucre
Le Nitrate de Potassium s'achète normalement en pharmacie. Ces deux tableaux ne concernent que le mélange O/C à 65/35 %.
Équation :
C12H22O11+ 6,29 KNO3 -> 3,67 CO2 + 5,19 CO + 7,91 H2O + 3,09 H2 + 3,14 N2 + 3,14 K 2CO3
| sucre | solide | C12H22O11 |
| nitrate de potassium | solide | KNO3 |
| dioxyde de carbone | gaz | CO2 |
| monoxyde de carbone | gaz | CO |
| eau | gaz | H2O |
| hydrogène | gaz | H2 |
| azote | gaz | N2 |
| carbonate de potassium | liquide | K2CO3 |
| impulsion spécifique théorique | 460 N.s à 690 N.s |
| température de combustion | 1623 °K |
| densité du combustible | 1,8 g/cm3 |
| masse moléculaire des gaz | 23,6 g/mol |
| proportion de particules | 0,444 |
| constante des gaz | 196 J/kg/°K |
Le combustible nécessaire à la propulsion de ce type de
moteurs est un mélange double base d'oxydant et de carburant.
L'oxydant est du nitrate de potassium KNO3. Le
carburant est tout simplement du sucre. Le salpêtre est un
produit peu cher que l'on peut facilement acheter chez un détaillant
de produits chimiques ou parfois dans une boutique de jardinage
avec les engrais.
La température de décomposition du KNO3 est de 400
°C et le produit est très peu sensible aux chocs ou aux
frottements donc le stockage est plus facile mais il faut faire
très attention.
Exposé à une flamme, l'inflammation n'est pas instantanée, en
effet le bloc commence d'abord à fondre et ne prend feu
qu'ensuite. La vitesse de combustion linéaire à l'air libre est
d'environ 0,37 cm/s mais elle augmente rapidement avec la
pression (environ 2,8 cm/s dans le moteur en marche).
La température de combustion dépends des proportions du mélange
oxydant/carburant. Aux proportions optimales, cette température
est telle qu'elle ferait fondre le moteur donc il faut s'adapter !
II) Combustion avec du chlorate de soude
Je tiens à en parler car il est très employer par les pyromanes amateurs et inconscients mais il est très dangereux bien que souvent conseillé sur Internet, il est instable et un choc, un changement brusque de température peut tous faire péter, votre bras compris. Personnellement je m'en sers pour les allumeurs et encor. On l'achète dans les magasin de jardinage au rayon deserbant.
III) Hydrogène / Oxygène
C'est le meilleur propergol mais il est difficile à mettre en œuvre...
Comment l'obtenir ? Il suffit d'un bac remplit d'eau salée où on plonge
l'anode et la cathode d'une pile ou de tout autre générateur
sachant que plus la tension est grande plus la réaction sera
rapide. A la borne + on met du cuivre tandis qu'a la borne -
on met de l'aluminium au + se formera de l'hydrogène, au moins
de l'oxygène, le tout dans les bonnes proportions : 2H2
O --> 2 H2 + O2.
Pour le récupérer, il vous suffit de retourner 1 tube
remplit d'eau au-dessus de l'anode et de la cathode. Puis quand
il est remplit retournez le et approché une flamme...
Cette réaction peut être déclenchée par une flamme ou une
étincelle on a donc
2 H2 + O2 --> 2H2O + 2 * 57 800 calories
4g + 32g --> 2 * 18g
Les chiffres cités suppose que tout les corps sont à la même température. Comme pour élever 18g d'eau de 1000°C, il faut 18000 calories, on trouvera que l'eau est portée à 3000°C ; cette réaction est une des plus énergétique qui soient. Cet exemple illustre en outre que la réaction se fait dans des proportions bien définit si elles ne sont pas respectées une partie de l'hydrogène ou de l'oxygène sera utilisé en pure perte. Pour cette raison on dit que l'efficacité d'un mélange est maximale pour un mélange stoechiométrique, c'est à dire un mélange qui correspond au proportion de la réaction. Mais la réaction chimique s'accompagne toujours de réaction secondaire tel que la dissociation des corps provoquant des atomes à la place des molécules : H2 --> 2H Ces réactions de dissociation consomment de la chaleur (réaction endothermique) et font qu'une certaine partie du mélange ne sont pas disponible pour la réaction principale. On a donc intérer pour une efficacité maximale d'accroître la richesse du carburant (ici l'hydrogène) de 10 à 20%.
Le comburant est stocké soit sous forme d'oxygène liquide ou de composée oxygéné de l'azote : acide nitrique NO3H, peroxyde d'azote N2O4, soit sous forme d'un composée fluor (trifluorure de chlore). Le carburant est un composée du carbone ou un composée de l'hydrogène (l'essence pour voiture ou avion radio commandée). Ceux qui veulent liquéfier l'hydrogène n'auront qu'a descendre à -252°C.