BEC BUNSEN: CARACTÉRISTIQUES, FONCTIONS, EXEMPLES D'UTILISATION - CHIMIE - 2025

Le brûleur Bunsen est un instrument de laboratoire capable de fournir une source de chaleur efficacement et en toute sécurité à travers une flamme, qui est le produit de la combustion d'un gaz qui est généralement du méthane, ou d'un mélange de propane et de butane. Cet instrument à lui seul est synonyme de science et de chimie.

Son nom vient du chimiste allemand Robert Bunsen, qui était responsable, avec le technicien Peter Desaga, de sa mise en œuvre et de son amélioration sur la base d'un modèle déjà conçu par Michael Faraday. Ce briquet est petit et léger, il peut donc être déplacé presque partout où il y a une bouteille de gaz et des connexions optimales.

Brûleur Bunsen chauffant la solution dans un ballon. Source: Sally V / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Ci-dessus, le brûleur Bunsen en action. Notez que le cadre n'est même pas celui d'un laboratoire. La flamme bleue chauffe le contenu du ballon pour développer une réaction chimique, ou simplement pour dissoudre un solide plus rapidement. L'utilisation principale de cet instrument est donc de simplement chauffer une surface, un échantillon ou un matériau.

Cependant, le brûleur Bunsen est également utilisé pour une grande variété de méthodes et de processus, tels que les tests de flamme, la stérilisation, la distillation, la combustion et la décomposition. Depuis le collège, il a été la cause de la stupéfaction et de la peur chez les élèves, pour devenir plus tard un instrument d'usage courant.

L'histoire

Les origines de ce briquet iconique remontent à 1854, dans l'un des laboratoires de l'université d'Heidelberg, où travaillait Robert Bunsen. À ce moment-là, les installations universitaires disposaient déjà d'un système de conduites de gaz et de briquets plus rudimentaires avec lesquels effectuer des expériences.

Cependant, ces briquets, conçus par Michael Faraday, ont généré des flammes très vives et «sales», ce qui signifie qu'ils ont déposé des taches de charbon de bois sur la surface qu'ils ont touchée. Ces flammes, en plus de camoufler les couleurs que certaines substances libéraient lorsqu'elles étaient chauffées, n'étaient pas assez chaudes.

C'est ainsi que Robert Bunsen et le technicien allemand Peter Desaga ont décidé de mettre en œuvre des améliorations sur les briquets Faraday. Pour y parvenir, ils ont cherché à faire brûler le gaz avec un débit d'air plus important, supérieur à celui parcourant librement le laboratoire. C'est ainsi qu'est né le brûleur Bunsen-Desaga.

Depuis, les laboratoires ont sous la main un briquet qui permet d'obtenir une flamme beaucoup plus chaude et "plus propre". De même, grâce à ce briquet, les fondements ou les origines de la spectroscopie ont été établis.

Caractéristiques et pièces du bec Bunsen

- instrument

Dessin des pièces du bec Bunsen. Source: Pearson Scott Foresman / Domaine public

L'image ci-dessus montre une illustration du bec Bunsen. Les entrées respectives pour l'air et le gaz sont indiquées.

Le gaz traverse l'intérieur d'un tuyau en caoutchouc du robinet de gaz, situé dans le même comptoir de laboratoire, à l'entrée du briquet. Dans la zone inférieure du briquet, juste au-dessus du support en forme d'anneau, il y a une valve ou une roue qui nivelle le débit de gaz qui sortira de la buse du briquet.

L'air, par contre, pénètre dans le briquet par les trous circulaires (ou rectangulaires) de son collier. Au fur et à mesure que le collier tourne, plus d'air s'écoulera dans les trous et se mélangera au gaz. Ce mélange air-gaz montera le long du canon ou de la colonne, pour finalement sortir par la buse plus légère.

Le briquet entier est fait d'un métal léger, tel que l'aluminium, et est assez petit pour tenir sur n'importe quelle étagère ou tiroir.

- Appelle

Réduire

La flamme obtenue par le brûleur Bunsen peut varier en couleur en fonction de la quantité d'air entrant. Source: Arthur Jan Fijałkowski / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

En plaçant une source de chaleur juste à la hauteur de la buse plus légère, soit en utilisant une allumette allumée ou une étincelle, le mélange air-gaz s'enflammera et la combustion commencera. Ainsi, la flamme apparaîtra. Cependant, les caractéristiques visuelles et chimiques de cette flamme dépendent du rapport air-gaz.

Si le collier est fermé, empêchant l'air d'entrer par ses trous, il y aura un mélange riche en gaz, qui brûlera à peine avec l'oxygène de l'air environnant. Cette flamme correspond à 1 (image du haut), et est connue sous le nom de flamme «sûre» et «sale», car elle est la moins chaude et produit également le plus de suie. Notez à quel point il est brillant et aussi ses couleurs jaune-orange.

La luminosité de cette flamme est due aux particules de suie, constituées pratiquement d'atomes de carbone, absorbant la chaleur et dégageant de la lumière et de la couleur. Plus l'entrée de gaz est ouverte, plus cette flamme sera grande.

Cette flamme est également connue pour être réductrice, car elle fournit du carbone sous forme de particules de suie, capables de réduire certaines substances.

Oxydant

Lorsque le collier tourne, les trous à travers lesquels l'air passe s'ouvrent, augmentant ainsi la quantité d'air dans le mélange gazeux résultant. En conséquence, la flamme jaune deviendra de plus en plus bleuâtre (de 2 à 4), à un point où elle peut apparaître transparente si le fond et la pureté du mélange le permettent.

La flamme 4 est la plus recherchée et la plus utile en laboratoire, car elle est la plus chaude et peut aussi parfaitement oxyder l'échantillon qui est mis en contact avec elle. Pour cette raison, cette flamme est connue pour être oxydante, car les produits de combustion (essentiellement le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau) n'interfèrent pas avec l'oxygène environnant et les substances à oxyder.

Fonctions / utilisations

Un bec Bunsen chauffant un ballon. Source: Sally V / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

De la section précédente, on peut conclure que la flamme est l'élément le plus important ou la caractéristique du brûleur Bunsen. C'est en fait cela qui définit les fonctions ou usages respectifs de cet instrument, qui en somme ne sont rien de plus que de chauffer une surface, un matériau ou un échantillon.

Cependant, cela ne signifie pas qu'il peut être utilisé pour tout chauffer dans le laboratoire. Pour commencer, le point de fusion du matériau doit être supérieur à 1500 ºC, la température maximale à laquelle la flamme peut atteindre. Sinon, il fondra et provoquera un désastre sur l'établi.

Deuxièmement, la température de la flamme est si élevée qu'elle est capable d'enflammer les vapeurs de tout solvant organique, ce qui augmenterait les risques d'incendie. Par conséquent, seuls les liquides avec des points d'ébullition élevés et une faible volatilité doivent être chauffés.

C'est pour cette raison que l'eau est un exemple de liquide idéal à chauffer à l'aide d'un brûleur Bunsen. Par exemple, il est courant de chauffer des bouteilles de distillation, des béchers, des flacons ou des pots, qui contiennent des solutions aqueuses.

Exemples d'utilisation

La combustion

L'une des principales utilisations du brûleur Bunsen est de soumettre un échantillon à la combustion; c'est-à-dire de l'oxyder de manière rapide et exothermique. Pour cela, la flamme oxydante (de couleur bleue et presque transparente) est utilisée et l'échantillon est placé dans un récipient tel qu'un creuset.

Cependant, la plupart des échantillons sont ensuite transférés dans un ballon, où il peut continuer à chauffer pendant des heures (voire une journée entière).

Décomposition thermique

Comme pour la combustion, en utilisant le brûleur Bunsen, la décomposition thermique de certaines substances peut être effectuée, comme les sels de chlorate et de nitrate. Cependant, cette méthode ne vous permet absolument pas de suivre la progression de la décomposition dans le temps.

Test de flamme

Les ions métalliques peuvent être détectés qualitativement par des tests de flamme. Pour ce faire, un fil préalablement chauffé immergé dans de l'acide chlorhydrique est mis en contact avec l'échantillon et amené dans la flamme.

Les couleurs libérées permettent d'identifier la présence de métaux tels que le cuivre (bleu-vert), le potassium (violet), le sodium (jaune foncé), le calcium (orange-rouge), etc.

Stérilisation des matériaux

La chaleur d'une flamme est telle qu'elle peut être utilisée pour une autre utilisation ingénieuse: détruire les microorganismes à la surface des matériaux. Ceci est particulièrement utile lorsqu'il s'agit de verre ou de métaux destinés à des fins étroitement liées à la santé (aiguilles, pipettes, scalpels, etc.).

Distillation

Il a été dit précédemment que l'eau est l'un des liquides qui est de préférence chauffé avec le bec Bunsen. De ce fait, il est utilisé pour chauffer des bouteilles de distillation, et ainsi faire bouillir l'eau afin que ses vapeurs véhiculent des essences ou parfums de la matière végétale (écorces d'orange, cannelle en poudre, etc.).

D'autre part, il peut également être utilisé pour distiller d'autres types de mélanges, à condition que l'intensité de la flamme soit modérée et que trop de vapeurs ne soient pas générées dans le processus.

Détermination des points d'ébullition

A l'aide du tube Thiele, de l'huile, d'un support et d'un capillaire, les points d'ébullition de certains liquides sont déterminés à l'aide du bec Bunsen pour chauffer la poignée du tube ou son bras latéral. Cette expérience est assez courante dans les laboratoires d'enseignement de chimie générale et de chimie organique.

Références

1. Whitten, Davis, Peck et Stanley. (2008). Chimie (8e éd.). Apprentissage CENGAGE.
2. Wikipédia. (2020). Bec Bunsen. Récupéré de: en.wikipedia.org
3. Intérêts composés. (2016, 31 mars). Histoire de la chimie: Bunsen Burner Day. Récupéré de: compoundchem.com
4. Nikki Wyman. (2015, 31 août). Brûleur Bunsen: pièces, fonction et diagramme. Récupéré de: study.com
5. Nichols Lisa. (18 août 2019). Brûleurs Bunsen. Libretexts de chimie. Récupéré de: chem.libretexts.org
6. Université d'État de Wayne. (sf). Utilisation appropriée d'un brûleur Bunsen.. Récupéré de: research.wayne.edu