Azote (Z=7) : l'élément abondant et inerte de l'atmosphère

Le rôle essentiel de l'azote

L'Azote (symbole N, numéro atomique 7) est un élément chimique abondant dans l'atmosphère terrestre et fondamental pour la vie sur Terre. Bien qu'il soit inerte dans sa forme moléculaire (N₂), il est indispensable à de nombreux processus biologiques et industriels.

Contribution de l'azote aux processus vitaux

Les organismes ne consomment pas de N₂ atmosphérique (forme extrêmement stable). Seules certaines bactéries fixatrices d’azote (diazotrophes) le convertissent en NH₃ utilisable biologiquement. Conséquence d’un déficit : Détérioration progressive des fonctions biologiques (déficit en protéines, en ADN, etc.), mais pas de mort immédiate comme pour l’oxygène.

Histoire de la découverte

1772 : Première isolation par Daniel Rutherford
Le gaz azote a été isolé pour la première fois par Daniel Rutherford, un scientifique écossais, qui l'a appelé « air inflammable » en raison de son incapacité à soutenir la combustion.

1790 : Reconnaissance de son caractère inerte
Le scientifique britannique Henry Cavendish a également contribué à la caractérisation de l'azote en étudiant son rôle dans la respiration et sa non-réactivité avec l'oxygène.

Structure atomique

Constitution : L'atome d'azote possède 7 protons, 7 neutrons et 7 électrons, sa configuration électronique étant 1s² 2s² 2p³.
Isotopes :

• Azote-14 (¹⁴N) : isotope stable, représentant 99,63 % de l'azote naturel.
• Azote-15 (¹⁵N) : isotope stable, utilisé en recherche scientifique, notamment en biologie et en géochimie.

Propriétés physiques

• Gaz diatomique (N₂), incolore, inodore, insipide.
• Masse molaire : ≈ 28.014 g/mol
• Point de fusion : 63.15 K (−210.00 °C)
• Point d’ébullition : 77.36 K (−195.79 °C)
• Densité : ~1.2506 g/L (à 0°C et 1 atm)
• Inerte à température ambiante, n'interagit pas facilement avec d'autres gaz ou éléments.

Réactivité chimique

• Gaz inerte (très faible réactivité) sous forme moléculaire N₂.
• Réagit sous des conditions extrêmes (haute température, pression) avec l'hydrogène pour former de l'ammoniac (NH₃) via le procédé Haber-Bosch.
• Forme des oxydes d'azote (NO, NO₂) en réagissant avec l'oxygène dans l'atmosphère.
• Impliqué dans la fixation biologique de l'azote, essentielle pour la production de protéines chez les plantes.

Applications industrielles et technologiques

• Synthèse de l'ammoniac (NH₃) pour la production de fertilisants (procédé Haber-Bosch).
• Production de nitrates utilisés dans les explosifs et les matériaux chimiques.
• Utilisation dans les circuits électroniques et la cryogénie en raison de ses propriétés d'inertie.
• Azote liquide utilisé comme réfrigérant dans diverses applications cryogénétiques.
• Rôle clé dans la fabrication de semi-conducteurs et la production de gaz à effet de serre (NOx).

Rôle biologique et écologique

• Fixation de l'azote : processus naturel permettant aux plantes d'assimiler l'azote de l'air sous forme de nitrates grâce à des bactéries symbiotiques.
• Le cycle de l'azote : processus biogéochimique essentiel pour la croissance des plantes et la production de protéines.
• Présence dans l'ADN et les acides aminés, éléments de base des organismes vivants.
• Utilisation de l'azote pour la synthèse d'hydrazine, utilisé dans certains médicaments et produits chimiques.

Enjeux environnementaux et industriels

• Problèmes de pollution de l'air dus aux oxydes d'azote (NOx), principaux responsables de la formation de l'ozone troposphérique.
• Contribution à l'effet de serre et aux pluies acides à travers les émissions de dioxyde d'azote (NO₂).
• Utilisation excessive de fertilisants azotés dans l'agriculture, entraînant la pollution des sols et des eaux.