Université · Sciences Exactes · Chimie · Tableau Périodique
Gaz diatomique incolore et inodore constituant 78 % de l'atmosphère terrestre, l'azote est l'élément fondamental de la vie : présent dans tous les acides aminés, les protéines, l'ADN et l'ARN. Inerte à température ambiante mais essentiel à la chimie de l'agriculture mondiale.
L'azote (symbole N, du latin nitrogenium) est un non-métal de la colonne 15 du tableau périodique (pnictogènes). À température ambiante, il se présente sous forme de molécule diatomique N₂, liée par une triple liaison covalente (N≡N, énergie 945 kJ/mol) — l'une des liaisons les plus fortes de la chimie, ce qui explique sa grande stabilité et son inertie chimique.
L'azote possède 5 électrons de valence en couche 2p, lui conférant des degrés d'oxydation allant de −3 (dans NH₃) à +5 (dans HNO₃). Cette large plage de valences est à l'origine de la richesse de sa chimie. La configuration électronique [He] 2s² 2p³ avec trois orbitales p à moitié remplies contribue à sa haute électronégativité (3,04 sur l'échelle de Pauling).
À l'état liquide (−196 °C, 1 atm), l'azote est un liquide cryogénique incolore d'une densité de 0,807 g/mL, utilisé massivement pour le refroidissement et la conservation. Il se dilate brutalement lors de la vaporisation (rapport 1:696 liquide/gaz), nécessitant des précautions de sécurité importantes.
Forme stable de l'azote atmosphérique. Triple liaison N≡N très stable (945 kJ/mol). Inerte chimiquement à T ambiante. Base des procédés industriels d'inertage.
Produit par le procédé Haber-Bosch (N₂ + 3H₂ → 2NH₃). Point de départ de la chimie de l'azote industrielle. 175 millions de tonnes/an produites. Base de tous les engrais azotés.
Monoxyde (NO) : vasodilatateur biologique, polluant issu des moteurs. Dioxyde (NO₂) : gaz brun toxique, précurseur des pluies acides. Tous deux produits par la foudre naturellement.
Acide fort, oxydant puissant. Synthétisé par le procédé Ostwald (oxydation catalytique de NH₃). Utilisé pour les engrais (nitrate d'ammonium), explosifs, plastiques (nylon).
Présent dans les 4 bases nucléiques (adénine, thymine, cytosine, guanine). Dans chaque acide aminé (groupe amine –NH₂). L'azote est l'élément structurant de toute la biochimie des êtres vivants.
Gaz hilarant, anesthésique, comburant. Puissant gaz à effet de serre (298× le CO₂). Émis par les sols agricoles sur-fertilisés. Utilisé en cuisine moléculaire (siphons).
L'azote circule entre l'atmosphère, le sol et les organismes vivants dans un cycle biogéochimique fondamental. Malgré sa grande abondance atmosphérique (78 %), la plupart des organismes ne peuvent utiliser le N₂ directement — il doit être fixé, c'est-à-dire converti en formes assimilables (NH₃, NO₃⁻).
Cycle de l'azote — Animation schématique
La fixation biologique est assurée par des bactéries (Rhizobium dans les légumineuses, Azotobacter en sol libre) qui possèdent l'enzyme nitrogénase capable de briser la triple liaison N≡N. La fixation industrielle (procédé Haber-Bosch, 450°C, 200 atm, catalyseur Fe) produit 175 Mt de NH₃/an — alimentant les engrais qui nourrissent la moitié de l'humanité. La dénitrification (bactéries anaérobies) re-convertit les nitrates en N₂ atmosphérique, fermant le cycle.
Urée, nitrate d'ammonium, sulfate d'ammonium. 80 % de la production mondiale de NH₃ est destinée à l'agriculture. La révolution verte du XXe siècle a été rendue possible par l'azote synthétique.
Azote liquide (−196 °C) pour le stockage de cellules biologiques, embryons, semences. Supraconducteurs, détecteurs infrarouges, IRM. Trempe des métaux en métallurgie.
Atmosphère inerte pour la production de semi-conducteurs, soudure à l'arc, emballage alimentaire (chips, café en poudre), prévention d'explosions dans les cuves pétrolières.
Protoxyde d'azote (anesthésie). Monoxyde d'azote (vasodilatateur, base du Viagra). Cryothérapie dermique. Préservation des organes pour transplantation.
TNT, RDX, PETN, nitroglycérine contiennent tous des groupes nitro (–NO₂). Le nitrate d'ammonium est l'explosif industriel le plus répandu (carrières, mines). Aussi utilisé comme engrais.
Nitrure de silicium (Si₃N₄) : céramique ultra-dure. Nitrure de bore hexagonal : graphène analogue. Nylon : polyamide. Mélamines et résines urée-formol. Polymères azotés omniprésents.
L'azote fut isolé indépendamment par Daniel Rutherford (Écosse, 1772), Carl Wilhelm Scheele et Henry Cavendish en séparant l'air de l'oxygène et du CO₂. Rutherford nota qu'une souris mourrait dans ce «air vicié» mais ne comprit pas sa nature. Antoine Lavoisier le nomma «azote» en 1790, du grec a-zōtos (sans vie), car il ne permet pas la combustion. Les Anglais le nomment «nitrogen» (générateur de nitre/salpêtre), référence à sa présence dans KNO₃.
Le procédé Haber-Bosch, développé entre 1909 et 1913, est considéré comme l'invention la plus importante du XXe siècle : sans engrais azotés synthétiques, la Terre ne pourrait nourrir que 3 à 4 milliards d'habitants au lieu de 8 milliards actuels. Fritz Haber et Carl Bosch reçurent tous deux le Prix Nobel de Chimie (1918 et 1931). Haber développa aussi les armes chimiques de la Première Guerre Mondiale — l'ambivalence la plus célèbre de la science appliquée.