Carrefour atomique - Le phosphore et les allumettes

Le phosphore et les allumettes

La chimie de la flamme!

On fait rarement référence à la chimie et à ses éléments lorsqu'on se sert de produits usuels comme les allumettes par exemple. Pourtant, sans le phosphore, ses propriétés et ses réactions, oublions ces petites tiges de bois ou de carton très économiques, qui nous rendent de précieux services!

Dans ce document, nous verrons l'évolution et la composition des allumettes.

Un peu d'histoire

Les premières allumettes étaient des tiges de bois plongées dans du soufre fondu. Elles s'enflammaient en présence d'une étincelle. Vers 1810, les allumettes chimiques firent leur apparition. Une de leurs extrémités était trempée dans un mélange contenant du chlorate de potassium (KClO₃) et du soufre. Elles s'enflammaient au contact de l'acide sulfurique (H₂SO₄). Elles furent supplantées par les allumettes à friction. En effet, en 1831, le Français Charles Sauria inventa les allumettes phosphoriques à friction. Elles furent fabriquées industriellement à partir de 1832, par l'Allemand Jakob Friedrich Kammerer.

Charles Sauria 1812 - 1895

Le principal constituant de ces allumettes était le phosphore blanc. Celui-ci est extrêmement toxique. Les ouvriers des fabriques d'allumettes étaient souvent atteints de nécrose des os, maladie qui ronge lentement les tissus osseux de la bouche et du nez. Cette forme de phosphore s'attaque particulièrement aux mâchoires.

À partir de 1913, on interdit la fabrication des allumettes à partir du phosphore blanc. On le remplaça par le phosphore rouge dont les propriétés sont identiques à celles du phosphore blanc, mais en moins énergiques. Le phosphore rouge ne produit toutefois pas de phosphorescence comme le phosphore blanc et ne s'enflamme qu'à 260 °C. On utilisa aussi le trisulfure de tétraphosphore (P₄S₃).

De nos jours, c'est encore ce type d'allumettes, inventées par Sauria, que l'on fabrique sous des formes améliorées.

Les allumettes ordinaires, dites «de ménage»

Les allumettes ordinaires sont faites de petits bâtonnets de bois traité avec une solution de phosphate d'ammonium ((NH₄)₃PO₄) ou du borax (Na₂B₄O₇.10H₂O). On plonge d'abord le bout dans un bain de paraffine afin de le rendre plus combustible, puis après refroidissement, on recouvre cette paraffine d'une pâte contenant un mélange de chlorate de potassium (KClO₃) et de trisulfure de tétraphosphore (P₄S₃). Le frottement de cette pâte sur un corps rugueux provoque une élévation de température suffisante pour enflammer le trisulfure de tétraphosphore. Le chlorate de potassium sert de première source de comburant, tandis que le trisulfure de tétraphosphore sert de combustible au moment ou l'allumette s'enflamme. La paraffine prend feu à son tour et finalement, le bois. Le phosphate d'ammonium ou le borax a pour but d'arrêter l'incandescence du bois quand l'allumette est éteinte. Ce dernier agit donc comme inhibiteur de la réaction de combustion.

Les allumettes amorphes, dites de «sûreté»

Ces allumettes sont aussi nommées allumettes «suédoises» pour faire référence au lieu de leur première fabrication. Elles sont conçues de telle façon que l'allumage ne peut être déclenché que par la friction de l'allumette sur un frottoir spécial.

Une extrémité de l'allumette est paraffinée puis recouverte d'un bouton coloré. Celui-ci est constitué d'un mélange de trisulfure d'antimoine (Sb₂S₃) et de chlorate de potassium (KClO₃) qui servent d'oxydant, de poudre de verre qui sert d'abrasif pour augmenter la friction et d'une colle qui retient le tout. Ce mélange n'est pas assez combustible pour s'enflammer par frottement. On recouvre donc le frottoir d'un mélange de phosphore rouge, de dioxyde de manganèse (MnO₂), de poudre de verre et d'une colle qui adhère au couvercle du carton d'allumettes. Lorsqu'on frotte l'allumette sur le gratin du frottoir, le mélange inflammable de l'extrémité colorée de l'allumette s'enflamme.

L'allumette, en soi, ne contient ni phosphore, ni trisulfure de tétraphosphore de sorte que le mélange fixé à son extrémité ne peut s'enflammer que par frottement sur l'allumoir qui contient du phosphore. Le mélange sur le frottoir sert de catalyseur à la réaction d'inflammation.

De nos jours, certaines allumettes peuvent être étanches, inflammables au vent ou sans flamme. Dans ce dernier cas, la chaleur produite pour s'enflammer est suffisante pour enflammer un matériau combustible.

Le triangle de feu
Activité pédagogique portant sur les allumettes et le triangle de feu.

Glossaire

Carburant: Combustible pouvant former un mélange détonant utilisé dans les moteurs à explosion ou à combustion interne.
Catalyseur: Substance qui a la propriété de modifier la vitesse d'une réaction chimique. Se retrouve intact à la fin de la réaction.
Comburant: Substance capable d'entretenir la combustion.
Combustible: Qui a la propriété de brûler au contact de l'oxygène de l'air.
Incandescence: État d'un corps qu'une température élevée rend lumineux.
Phosphore blanc: Solide de couleur ambrée, très toxique, phosphorescent (lumineux à l'obscurité). Devient jaune lorsqu'il est exposé à la lumière solaire. S'enflamme spontanément dans l'air, à 34 °C.
Phosphore rouge: Poudre microcristalline, non toxique et non phosphorescente. Se prépare à partir du phosphore blanc que l'on chauffe entre 230 et 300 °C.
Phosphorescence: Émission lumineuse qui persiste un certain temps après l'arrêt de la stimulation. Dans le cas du phosphore blanc, il émet une lumière blanc verdâtre dans une atmosphère humide.

Bibliographie

Livres

GAGNÉ, Abbé J.-Adrien. Traité élémentaire de CHIMIE, Québec, Imp. de l'Action Sociale Ltée, 1965, 663 p.

RIOU, Paul, et Joachim DELORME. Traité de Chimie, Montréal, Éditions Beauchemin, 1947, 554 p.

VACHON, Abbé Alexandre. Traité élémentaire de CHIMIE, Québec, Imp. de l'Action Sociale Ltée, 1923, 326 p.

Disques optiques compacts

«Allumette». Axis : L'encyclopédie Multimédia Hachette 1993 [CD-ROM]. Version 1.01.00, ©Le livre de Paris, Hachette, 1993.

Documents dans W3

BLAIS, Julie. (Page consultée le 12 octobre 1997). Personnages-éléments - Phosphore, [En ligne]. Adresse URL: http://mendeleiev.cyberscol.qc.ca/carrefour/personnages/azote/PJBlais.html

CHAYER, Louis. (Page consultée le 12 octobre 1997). Personnages-éléments - Phosphore, [En ligne]. Adresse URL: http://mendeleiev.cyberscol.qc.ca/carrefour/personnages/azote/PLChayer.html

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ST-ONGE, André. (Page consultée le 10 décembre 2004). Chimie 534 - Réaction de combustion, [En ligne]. Adresse URL: http://mendeleiev.cyberscol.qc.ca/chimisterie/chimie534/comb.htm

Auteure du texte: Ghislaine Bourque; illustrations: Olivier Caya

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