L'azote est l'élément chimique de numéro atomique 7, de symbole N (du latin ). C'est la tête de file du groupe des pnictogènes. Dans la langue courante on appelle « azote » le corps simple N (diazote), constituant majoritaire de l'atmosphère terrestre, représentant presque les 4/ de l'air (78,06 %, en volume).
Dans la croûte terrestre, l'azote est le constituant par ordre d'abondance. Les minéraux contenant de l'azote sont essentiellement les nitrates, notamment le nitrate de potassium KNO (constituant du salpêtre) ou nitre, qui servait jusqu'à la fin du à faire des poudres explosives (la poudre noire), et le nitrate de sodium NaNO (constituant du salpêtre du Chili).
L'azote a de nombreux usages industriels. Il est notamment massivement employé comme engrais en agriculture (sous forme de composés d'ammonium), au point que c'est aujourd'hui son principal usage en Europe (les 3/4 de la production industrielle d'azote), un usage néfaste pour l'environnement.
Histoire Nomenclature et origine Antoine Lavoisier a choisi le nom azote, composé du préfixe a- privatif et du grec , « vivant » et qui signifie donc « privé de vie », du fait que contrairement à l'oxygène il n'entretient pas la vie des animaux..
L'origine du symbole N est son nom latin qui provient du grec , ce qui signifie « formateur de salpêtre » (nitrate de potassium), terme suggéré par le chimiste Jean-Antoine Chaptal. Le terme anglais nitrogen a conservé cette racine pour désigner l'azote, alors que le terme français « nitrogène » n'est plus utilisé de nos jours.
Chronologie Bien que des composés contenant l'élément chimique azote fussent connus depuis l'Antiquité, (par exemple le salpêtre, c'est-à-dire les nitrates de sodium et de potassium), le diazote ne fut isolé par Daniel Rutherford qu'en 1772, et indépendamment par Carl Wilhelm Scheele et Henry Cavendish.
Le protoxyde d'azote fut préparé par Joseph Priestley en 1772.
L'ammoniac fut préparé en 1774, également par J. Priestley.
Le premier composé accepteur - donneur faisant intervenir l'azote, fut préparé en 1809 par Louis Joseph Gay-Lussac.
Le premier composé présentant une liaison azote-halogène, le trichlorure d'azote fut préparé par Pierre Louis Dulong qui perdit un œil et l'extrémité d'un doigtDULONG (Pierre–Louis) France. Dictionnaire encyclopédique, p.770 Dulong, Pierre-Louis Encyclopedia.com (Charles Scribner's Sons, 2008) en étudiant les propriétés de ce corps très instable et violemment explosif.
Isotopes
L'azote possède 16 isotopes connus de nombre de masse variant de 10 à 25, ainsi qu'un isomère nucléaire, N. Deux d'entre eux sont stables et présents dans la nature, l'azote 14 (N) et l'azote 15 (N), le premier représentant la quasi-totalité de l'azote présent (99,64 %). On assigne à l'azote une masse atomique standard de 14,0067 u. Tous les radioisotopes de l'azote ont une durée de vie courte, l'azote 13 (N) ayant la demi-vie la plus longue, 9,965 minutes, tous les autres ayant une demi-vie inférieure à 7,15 secondes, et la plupart d'entre eux inférieure à 625 ms.
Entités contenant l'élément chimique azote L'élément chimique azote est présent dans des entités ne contenant que l'élément chimique N et dans les composés de l'azote, à différents degrés d'oxydation.
Entités ne contenant que l'élément chimique N Plusieurs entités chimiques ne comportent que l'élément chimique azote : la molécule de diazote, l'azote monoatomique et deux ions, N et N. La molécule de diazote est la seule forme allotropique de l'azote présente à l'état naturel. D'autres formes, de densité d'énergie élevée et très instables, ont aussi été synthétisées : N, N et N.
Diazote Le diazote N est la forme la plus courante d'entité ne contenant que l'élément chimique azote. La triple liaison liant les deux atomes est une des liaisons chimiques les plus fortes (avec le monoxyde de carbone CO). De ce fait, le diazote est cinétiquement inerte. C'est le composant le plus abondant de l'atmosphère terrestre. Industriellement, le diazote est obtenu par distillation de l'air ambiant.
Sa réactivité principale est la formation d'ammoniac par le procédé Haber N + 3 H → 2
Atome Il peut être obtenu en laboratoire à partir de diazote sous faible pression (0,1 - ) en présence d'une décharge électrique. À sa formation succède pendant plusieurs minutes une pale lueur jaune. Celle-ci résulte de la désexcitation de N à la suite de la recombinaison de deux atomes N. Cette forme excitée de diazote peut être mise en évidence en présence de . Il se forme alors CO et de l'oxygène atomique dans un état triplet.
Ions de l'azote Il existe deux ions stables de l'azote : l'ion nitrure N qui n'existe que dans les solides (nitrures métalliques) ou dans les complexes métalliques. l'ion azoture N, forme basique de l'acide azothydrique HN ; Il peut former aussi bien des sels inorganiques comme l'azoture de sodium NaN que des composés organiques substitués tels que la zidovudine dans lesquels il se comporte généralement comme un pseudohalogénure.
Composés de l'azote L'azote forme des composés avec de nombreux autres éléments chimiques. Il est présent dans des composés organiques et inorganiques. Il forme des espèces réactives qui ont un rôle de signalisation cellulaire, dans l'immunité, mais qui peuvent aussi être délétères.
Azote et hydrogène Le principal composé comportant une des liaisons chimique N-H est l'ammoniac NH. D'autres composés contiennent également cette liaison : les ions ammonium NH les ions amidure NH les amines primaires RNH et secondaires RNH l'acide azothydrique HN l'hydrazine et une grande famille de composés moins courants, les azanes et les azènes, comme le trans-diazène et son isomère le 1,1-diazène, le triazène , le triazane , etc.
Azote et oxygène Les oxydes d'azote Les oxydes d'azote connusGreenwood N. & Earnwhaw A. (2003). Chemistry of the elements, 2nde Ed. Elsevier, . sont, par nombre d'oxydation (moyen) croissant : l'azoture de nitrosyle , découvert en 1993 ; le protoxyde de diazote NO, communément appelé protoxyde d'azote ; le monoxyde d'azote NO ; le trioxyde de diazote , et le trinitramide ; le dioxyde d'azote , et son dimère le tétraoxyde de diazote ; le pentaoxyde de diazote NO. Tous sont thermodynamiquement instables au regard de la décomposition en N et à température ambiante.
Les oxoanions de l'azote Les principaux oxoanions de l'azote, stables en milieu aqueux, sont les ions nitrate NO et nitrite N. L'ion nitrate est la base conjuguée d'un acide fort, l'acide nitrique. L'ion nitrite est la base conjuguée d'un acide faible, l'acide nitreux. Ce dernier est instable et, dans l'eau, il se "dismute" en monoxyde d'azote (qui se réoxyde en dioxyde d'azote en présence d'air) et en ion nitrate.
Azote et halogène Le plus stable des halogènures d'azote, NF ne fut préparé qu'en 1928, plus d'un siècle après le très instable trichlorure NCl. Le tribromure d'azote NBr, très explosif, ne fut isolé qu'en 1975. Le triiodure NI n'a jamais été isolé, mais son adduit , solide noir hautement instable au choc et à la température, a été préparé en 1812. Des combinaisons comme NF et bien d'autres existent également.
Azote et métaux De nombreux azotures métalliques existent. Plusieurs voies de synthèse sont possibles :
La réaction entre le métal et le diazote à chaud 3Ca + N →
La réaction entre le métal et l'ammoniac à haute température 3Mg + 2NH → + 3H
La décomposition d'amidures 3 → + 3NH
Des réactions de transfert + 3C + N → 2AlN + 3CO 2 + 4H + N → 2ZrN + 8HCl
vignette|400px|Le cycle de l'azote. vignette|400px|Un excédent d'azote (source d'eutrophisation de l'eau, des sols et des écosystèmes) est relevé partout en Europe (ici pour 2005), selon les données disponibles de la Commission européenne et de l'Agence européenne de l'environnement.
Exploitation et usages Diazote Aujourd'hui, l'azote gazeux ou diazote est généralement obtenu par liquéfaction de l'air, dont il est le principal constituant avec une concentration de 78,06 % en volume et de 75,5 % en masse. La production mondiale est d'environ de tonnes par an.
L'azote liquide est employé comme agent réfrigérant. Le gaz a diverses applications : emballage de denrées alimentaires (MAP). L'inertage des aliments emballés augmente leur durée de conservation en remplaçant l'air ambiant (contenant de l'oxygène) par de l'azote (pureté de 95 à 99,5 %).* gaz « neutre » utilisé pour protéger (grâce à la constitution d'une atmosphère inerte confinée) des produits, des objets ou des contenants (citernes par exemple) dans l'industrie, les musées ou autres lieux (protection contre la corrosion, les insectes, les champignons) ; emploi comme pesticide doux pour éliminer par asphyxie les vers du bois ou certains organismes comme la Petite vrillette ayant colonisé des objets anciens fragiles (cadres, sculptures et objets de bois, incunables, les parchemins, gravures) ; gonflage de pneumatiques. Bien que l'air contienne déjà 78 % d'azote (de diazote pour être plus précis), certains professionnels de l'aviation ou de la Formule 1 (par exemple), augmentent cette proportion et gonflent les pneumatiques avec de l'azote presque pur. Ce gaz ayant la propriété d'être inerte et stable . Une polémique existe d'ailleurs quant à l'introduction de cette méthode pour les véhicules particuliers. En effet, ceux-ci sont soumis à des contraintes bien moindres ce qui rend la différence avec l'air moins notable. Par contre le gonflage devient payant et on lui reproche souvent d'avoir un prix non justifié (le gonflage à l'air est souvent gratuit et jugé satisfaisant). Ceux qui l'utilisent devraient avoir, en principe, à rectifier le gonflage plus rarement, mais ils doivent néanmoins contrôler les pressions régulièrement ; gonflage des accumulateurs hydrauliques, en raison de sa passivité vis-à-vis des huiles ; construction mécanique. Beaucoup de machines de découpe modernes fonctionnent avec un rayon laser, qui nécessite de l'azote comme gaz moteur ou comme gaz d'inertage ; lutte contre les incendies. Allié à 50 % d'argon et parfois avec du dioxyde de carbone, il est présent dans certaines installations d'extinction automatique à gaz protégeant des salles informatiques ou des stockages particuliers ne devant pas être endommagés par de la poudre ou de l'eau. Conservé dans des bonbonnes métalliques sous une pression d'environ , il est libéré dans un local où un début d'incendie a été détecté. Le volume de diazote injecté remplace une partie de l'atmosphère de la pièce et entraine une chute du taux d'oxygène dans l'air. Le niveau généralement retenu de 15 % de comburant interrompt le phénomène de combustion sans effet létal sur la respiration humaine ; en métallurgie, injection dans des fours de production de métaux hautement oxydables comme l'aluminium et ses alliages, pour en empêcher la réaction avec l'oxygène de l'air. Il est également utilisé pour éviter la corrosion lors de brasures, pour la brasure du cuivre par exemple.
Le diazote, contrairement aux gaz inhibiteurs chimiques halogénés et aux CFC ne présente a priori aucun effet nocif pour l'environnement (pas d'impact sur l'effet de serre, ni sur la couche d'ozone). Mais il requiert des réservoirs volumineux, des canalisations adaptées et des mesures constructives pour faire face à la détente brutale d'un équivalent de 40 à 50 % du volume protégé.