Essayons de décrypter ici les transformations chimiques se déroulant lorsque l’on allume une allumette !
I. Composition d’une allumette
Une allumette est une petite tige de bois (souvent en peuplier) imprégnée de phosphate d’ammonium \((NH_4)_3PO_4\) et de paraffine. L’extrémité de celle-ci est composée d’un mélange de chlorate de potassium \(KClO_3\), de trisulfure de diantimoine \(Sb_2S_3\) et de phosphate d’ammonium \((NH_4)_3PO_4\) enduits dans une colle.
Le grattoir de la boîte d’allumette, quant à lui, est composé de poudre de verre \(SiO_{2\ (s)}\) et de phosphore rouge \(P_{(s)}\) : variété allotropique stable du phosphore, non toxique, non inflammable et polymérique.
II. Combustion d’une allumette
La friction de l’allumette sur la poudre de verre du grattoir entraîne une augmentation locale de la température transformant alors le phosphore rouge \(P_{(s)}\) en son allotrope, le phosphore blanc \(P_{4\ (s)}\). Volatil et hautement inflammable, le phosphore blanc réagit avec le dioxygène de l’air selon l’équilibre \(P_4+3\ O_2=P_4O_6\) ; équilibre permettant d’amorcer la flamme de l’allumette.
Sous l’effet de l’échauffement créé par la friction et par la combustion du phosphore blanc, le chlorate de potassium (en qualité d’oxydant) se décompose en chlorure de potassium et en dioxygène selon l’équilibre \(KClO_3=KCl+\frac{3}{2}\ O_{2\ (g)}\).
Le trisulfure de diantimoine (en qualité de réducteur) sert de combustible à l’allumette afin que la flamme se maintienne quelques instants.
La transformations associée est \(Sb_2S_3+\frac{9}{2}\ O_2=Sb_2O_3+3\ SO_2\)
Ou au bilan : \(Sb_2S_3+3\ KClO_3=Sb_2O_3+3\ SO_2+3\ KCl\)
La cire de paraffine permet aussi, en tant que combustible, d’entretenir la flamme selon \(C_nH_{2n+2\ (g)}+\frac{(3n+1)}{2}\ O_{2\ (g)}=n\ CO_{2\ (g)}+(n+1)\ H_2O_{(g)}\)
Enfin, le phosphate d’ammonium est utilisé en tant que retardateur de flamme évitant que le bois ne brûle trop vite et n’émette trop de fumées.
Sources du contenu scientifique : Wikimédia Commons et Médiachimie.org
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