L’élément azote
L’azote est un élément chimique du tableau périodique qui porte le symbole N et le numéro atomique 7. Gaz non métallique diatomique commun normalement incolore, inodore, insipide et essentiellement inerte, l’azote constitue 78 % de l’atmosphère terrestre et est un constituant de tous les tissus vivants. L’azote forme de nombreux composés importants comme l’ammoniac, l’acide nitrique et les cyanures.
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Carbone – Azote – Oxygène N
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| Général | |
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| Nom, Symbole, Numéro | Azote, N, 7 |
| Série chimique | non métallique | Groupe, Période, Bloc | 15 (VA), 2 , p |
| 1.2506 kg/m3(273K), NA | |
| Apparence | incolore |
| Propriétés atomiques | |
| Poids atomique | 14.0067 amu |
| Rayon atomique (calc.) | 65 (56) pm |
| Rayon covalent | 75 pm |
| van der Waals | 155 pm |
| Configuration des électrons | 2s22p3 |
| e- par niveau d’énergie | 2, 5 | Etats d’oxydation (oxyde) | ±3,5,4,2 (acide fort) |
| Structure cristalline | hexagonale |
| Propriétés physiques propriétés | |
| Etat de la matière | gaz (__) |
| Point de fusion | 63.14 K (-345,75 °F) | Point d’ébullition | 77,35 K (-320.17 °F) | Volume molaire | 13,54 ×10-6 m3/mol | Chaleur de vaporisation | 2,7928 kJ/mol | Chaleur de fusion | 0.3604 kJ/mol | Pression de vapeur | ND Pa à __ K | Vitesse du son | 334 m/s à 298.15 K |
| Divers | |
| Electronégativité | 3.04 (échelle de Pauling) | 1040 J/(kg*K) | Conductivité électrique | ND 106/m ohm | Conductivité thermique | 0.02598 W/(m*K) | Potentiel de première ionisation | 1402.3 kJ/mol | 2ème potentiel d’ionisation | 2856 kJ/mol | 3ème potentiel d’ionisation | 4578,1 kJ/mol | 4ème potentiel d’ionisation | 7475.0 kJ/mol |
| 5ème potentiel d’ionisation | 9444,9 kJ/mol |
| 6ème potentiel d’ionisation | 53266.6 kJ/mol | 7e potentiel d’ionisation | 64360 kJ/mol |
| Unités SI & STP sont utilisées, sauf indication contraire. | |
Caractéristiques notables
L’azote est un non-métal, avec une électronégativité de 3,0. Il possède cinq électrons dans sa coquille externe, il est donc trivalent dans la plupart des composés. L’azote pur est un gaz diatomique incolore non réactif à température ambiante, et constitue environ 78 % de l’atmosphère terrestre. Il se condense à 77 K et gèle à 63 K. L’azote liquide est un cryogène courant.
Applications
La plus grande utilisation commerciale unique de l’azote est un composant de la fabrication de l’ammoniac par le procédé Haber. L’ammoniac est ensuite utilisé pour la production d’engrais et pour produire de l’acide nitrique. L’azote est utilisé comme atmosphère inerte dans les réservoirs de liquides explosifs, pendant la production de pièces électroniques telles que les transistors, les diodes et les circuits intégrés, et il est utilisé dans la fabrication de l’acier inoxydable. L’azote est utilisé comme réfrigérant à la fois pour la congélation par immersion des produits alimentaires et pour le transport des aliments, pour la conservation des corps et des cellules reproductrices (sperme et ovule), et pour le stockage stable des échantillons biologiques en biologie.
Les sels de l’acide nitrique comprennent certains composés importants, par exemple le nitrate de potassium, ou salpêtre, et le nitrate d’ammonium. Le premier composé est un composant de la poudre à canon, le second est important dans les engrais. Les composés organiques nitrés, comme la nitroglycérine et le trinitrotoluène, sont souvent des explosifs.
L’acide nitrique est utilisé comme oxydant dans les fusées à combustible liquide. L’hydrazine et les dérivés de l’hydrazine trouvent une utilisation comme carburant de fusée.
L’azote à l’état liquide (souvent appelé LN2) est souvent utilisé en cryogénie. L’azote liquide est produit par distillation à partir d’air liquide. À la pression atmosphérique, l’azote se condense à -195,8 degrés Celsius. (-320,4 degrés Fahrenheit). C’est le liquide de refroidissement fréquemment utilisé pour les démonstrations dans l’enseignement des sciences.
Histoire
L’azote (latin nitrum, grec Nitron signifiant « soude native », « gènes », « formant ») est officiellement considéré comme ayant été découvert par Daniel Rutherford en 1772, qui l’appelait air nocif ou air phlogistiqué. Le chimiste de la fin du 18e siècle savait déjà qu’il existait une fraction de l’air qui ne permettait pas la combustion. L’azote a également été étudié à peu près à la même époque par Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish et Joseph Priestley, qui l’ont appelé air brûlé ou air déphlogistiqué. L’azote gazeux était suffisamment inerte pour qu’Antoine Lavoisier le qualifie d’azote, ce qui signifie sans vie.
Les composés de l’azote étaient connus au Moyen Âge. Les alchimistes connaissaient l’acide nitrique sous le nom d’aqua fortis. Le mélange d’acides nitrique et chlorhydrique était connu sous le nom d’aqua regia, célébré pour sa capacité à dissoudre l’or.
Occurrence
L’azote est le plus grand composant individuel de l’atmosphère terrestre (78,1 % en volume, 75,5 % en poids) et est acquis à des fins industrielles par la distillation fractionnée de l’air liquide. Des composés contenant cet élément ont été observés dans l’espace. L’azote 14 est créé dans le cadre des processus de fusion dans les étoiles. L’azote est un composant important des déchets animaux (par exemple, le guano), généralement sous forme d’urée, d’acide urique et de composés de ces produits azotés.
L’azote moléculaire est connu depuis un certain temps dans l’atmosphère de Titan et a maintenant été détecté dans l’espace interstellaire par David Knauth et ses collègues à l’aide de l’explorateur spectroscopique dans l’ultraviolet lointain.
Composés
Le principal hydrure de l’azote est l’ammoniac (NH3) bien que l’hydrazine (N2H4) soit également bien connue. L’ammoniac est un peu plus basique que l’eau et forme en solution des ions ammonium (NH4+). L’ammoniac liquide est en fait légèrement amphiprotique et forme des ions ammonium et amide (NH2-) ; les sels d’amide et de nitrure (N3-) sont connus, mais se décomposent dans l’eau. Les composés d’ammoniac à substitution simple ou double sont appelés amines. Des chaînes plus grandes, des anneaux et des structures d’hydrures de nitogène sont également connus mais virtuellement instables.
Les autres classes d’anions d’azote sont les azides (N3-), qui sont linéaires et isoélectroniques au dioxyde de carbone. Une autre molécule de même structure est le monoxyde de diazote (N2O), ou gaz hilarant. Il s’agit de l’un des nombreux oxydes, dont les plus importants sont le monoxyde d’azote (NO) et le dioxyde d’azote (NO2), qui contiennent tous deux un électron non apparié. Ce dernier montre une certaine tendance à se dimériser et constitue un composant important du smog.
Les oxydes plus standards, le trioxyde de diazote (N2O3) et le pentoxyde de diazote (N2O5), sont en fait assez instables et explosifs. Les acides correspondants sont le nitreux (HNO2) et l’acide nitrique (HNO3), avec les sels correspondants appelés nitrites et nitrates. L’acide nitrique est l’un des rares acides plus forts que l’hydronium.
Rôle biologique
L’azote est une partie essentielle des acides aminés et nucléiques, ce qui rend l’azote vital pour toute vie. Les légumineuses, comme la plante de soja, peuvent récupérer l’azote directement de l’atmosphère parce que leurs racines ont des nodules abritant des microbes qui font la conversion réelle en ammoniac dans un processus connu sous le nom de fixation de l’azote. La légumineuse convertit ensuite l’ammoniac en oxydes d’azote et en acides aminés pour former des protéines.
Isotopes
Il existe deux isotopes stables : N-14 et N-15. Le plus courant, et de loin, est le N-14 (99,634 %), qui est produit dans le cycle CNO des étoiles. Le reste est du N-15. Sur les dix isotopes produits synthétiquement, l’un a une demi-vie de neuf minutes et les autres ont une demi-vie de l’ordre de quelques secondes ou moins. Les réactions à médiation biologique (par exemple, l’assimilation, la nitrification et la dénitrification) contrôlent fortement la dynamique de l’azote dans le sol. Ces réactions entraînent presque toujours un enrichissement en N-15 du substrat et un appauvrissement du produit. Bien que les précipitations contiennent souvent des quantités subéquivalentes d’ammonium et de nitrate, l’ammonium étant préférentiellement retenu par la canopée par rapport au nitrate atmosphérique, la majeure partie de l’azote atmosphérique qui atteint la surface du sol est sous forme de nitrate. Le nitrate du sol est préférentiellement assimilé par les racines des arbres par rapport à l’ammonium du sol.
Précautions
Le lessivage des engrais nitratés est une source majeure de pollution des eaux souterraines et des rivières. Les composés contenant du cyano (-CN) forment des sels extrêmement toxiques et sont mortels pour de nombreux animaux et tous les mammifères.
Référence
- Laboratoire national de Los Alamos – Azote (http://periodic.lanl.gov/elements/7.html)
- WebElements.com – Azote (http://www.webelements.com/webelements/elements/text/N/index.html)
- EnvironnementalChemistry.com – Azote (http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/N.html)
- C’est élémentaire – Azote (http://education.jlab.org/itselemental/ele007.html)
- Schenectady County Community College – Azote (http://www.sunysccc.edu/academic/mst/ptable/n.html)