Diazote

Diazote
Identification
Nom UICPA	Diazote
N^o CAS	7727-37-9
N^o ECHA	100.028.895
N^o CE	231-783-9
Code ATC	V03AN04
N^o E	E941
SMILES	N#N PubChem, vue 3D
InChI	InChI : vue 3D InChI=1/N2/c1-2
Apparence	gaz : incolore, inodore liquide : extrêmement froid, incolore, inodore[1].
Propriétés chimiques
Formule	N2  [Isomères]
Masse molaire[2]	28,013 4 ± 0,000 4 g/mol N 100 %,
Diamètre moléculaire	0,315 nm
Propriétés physiques
T° fusion	−210,01 °C[3]
T° ébullition	−195,79 °C[3]
Solubilité	100 vol. d'eau absorbe 2,4 vol. de N2 (0 °C), 100 vol. d'eau absorbe 1,6 vol. de N2 (20 °C), sol.dans l'ammoniac liquide, 1 vol. d'alcool dissout 0,1124 vol. de N2 (20 °C)[3]
Masse volumique	0,808 kg·l^-1 au point d'ébullition du liquide[1] équation[4] : ${\displaystyle \rho =3.2091/0.2861^{(1+(1-T/126.2)^{0.2966})}}$ Masse volumique du liquide en kmol·m^-3 et température en kelvins, de 63,15 à 126,2 K. Valeurs calculées : T (K) T (°C) ρ (kmol·m^-3) ρ (g·cm^-3) 63,15 −210 31,063 0,8702 67,35 −205,8 30,42895 0,85244 69,46 −203,7 30,10489 0,84336 71,56 −201,59 29,77585 0,83414 73,66 −199,49 29,44153 0,82478 75,76 −197,39 29,10159 0,81525 77,86 −195,29 28,75563 0,80556 79,96 −193,19 28,40323 0,79569 82,07 −191,09 28,04391 0,78562 84,17 −188,98 27,67712 0,77535 86,27 −186,88 27,30225 0,76485 88,37 −184,78 26,9186 0,7541 90,47 −182,68 26,52537 0,74308 92,57 −180,58 26,12162 0,73177 94,68 −178,48 25,70628 0,72014 T (K) T (°C) ρ (kmol·m^-3) ρ (g·cm^-3) 96,78 −176,37 25,27806 0,70814 98,88 −174,27 24,83545 0,69574 100,98 −172,17 24,3766 0,68289 103,08 −170,07 23,89926 0,66951 105,18 −167,97 23,40063 0,65555 107,29 −165,87 22,87715 0,64088 109,39 −163,76 22,32416 0,62539 111,49 −161,66 21,73542 0,6089 113,59 −159,56 21,10221 0,59116 115,69 −157,46 20,41175 0,57181 117,79 −155,36 19,64393 0,55031 119,9 −153,26 18,76395 0,52565 122 −151,15 17,70125 0,49588 124,1 −149,05 16,26236 0,45557 126,2 −146,95 11,217 0,31423
Pression de vapeur saturante	1 atm (−195,8 °C)[3] équation[4] : ${\displaystyle P_{vs}=exp(58.282+{\frac {-1084.1}{T}}+(-8.3144)\times ln(T)+(4.4127E-2)\times T^{1})}$ Pression en pascals et température en kelvins, de 63,15 à 126,2 K. Valeurs calculées : T (K) T (°C) P (Pa) 63,15 −210 12 508 67,35 −205,8 25 723,45 69,46 −203,7 35 577,59 71,56 −201,59 48 184,42 73,66 −199,49 64 031,18 75,76 −197,39 83 637,54 77,86 −195,29 107 551,97 79,96 −193,19 136 348,25 82,07 −191,09 170 622,28 84,17 −188,98 210 989,32 86,27 −186,88 258 081,72 88,37 −184,78 312 547,23 90,47 −182,68 375 047,83 92,57 −180,58 446 259,15 94,68 −178,48 526 870,41 T (K) T (°C) P (Pa) 96,78 −176,37 617 584,89 98,88 −174,27 719 120,88 100,98 −172,17 832 213,04 103,08 −170,07 957 614,16 105,18 −167,97 1 096 097,28 107,29 −165,87 1 248 458,14 109,39 −163,76 1 415 517,87 111,49 −161,66 1 598 125,98 113,59 −159,56 1 797 163,56 115,69 −157,46 2 013 546,67 117,79 −155,36 2 248 229,99 119,9 −153,26 2 502 210,55 122 −151,15 2 776 531,76 124,1 −149,05 3 072 287,54 126,2 −146,95 3 390 600
Point critique	−147,1 °C, 33,5 atm, 3,216 dm^3·kg^-1[3]
Point triple	−210,05 °C, 0,127 atm[3]
Vitesse du son	336,96 m·s^-1 (101,325 kPa, 0 °C)[3]
Thermochimie
ΔvapH°	5,57 kJ·mol^-1 (1 atm, −195,79 °C)[5]
Cp	équation[4] : ${\displaystyle C_{P}=(281970)+(-1.2281E4)\times T+(248.00)\times T^{2}+(-2.2182)\times T^{3}+(7.4902E-3)\times T^{4}}$ Capacité thermique du liquide en J·kmol^-1·K^-1 et température en kelvins, de 63,15 à 112 K. Valeurs calculées : T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 63,15 −210 55 930 1 997 66 −207,15 56 113 2 003 68 −205,15 56 292 2 009 69 −204,15 56 392 2 013 71 −202,15 56 607 2 021 72 −201,15 56 722 2 025 74 −199,15 56 962 2 033 76 −197,15 57 215 2 042 77 −196,15 57 347 2 047 79 −194,15 57 624 2 057 81 −192,15 57 923 2 068 82 −191,15 58 084 2 073 84 −189,15 58 434 2 086 85 −188,15 58 626 2 093 87 −186,15 59 055 2 108 T (K) T (°C) Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kmol\times K}})}$ Cp ${\displaystyle ({\tfrac {J}{kg\times K}})}$ 89 −184,15 59 559 2 126 90 −183,15 59 844 2 136 92 −181,15 60 497 2 160 94 −179,15 61 279 2 187 95 −178,15 61 727 2 203 97 −176,15 62 756 2 240 98 −175,15 63 344 2 261 100 −173,15 64 690 2 309 102 −171,15 66 292 2 366 103 −170,15 67 201 2 399 105 −168,15 69 260 2 472 107 −166,15 71 677 2 559 108 −165,15 73 034 2 607 110 −163,15 76 076 2 716 112 −161,15 79 600 2 841
Propriétés électroniques
1^re énergie d'ionisation	15,580 8 eV (gaz)[6]
Constante diélectrique	1,454 (−203 °C), 1,0005480 (20 °C, 101,325 kPa, gaz)[3]
Propriétés optiques
Indice de réfraction	${\displaystyle n_{D}^{25}}$ 1,000 273 2 (101,325 kPa)[3]
Précautions
SGH
Attention H281 H281 : Contient un gaz réfrigéré ; peut causer des brûlures ou blessures cryogéniques
SIMDUT[8]
A, A : Gaz comprimé température critique =−147,1 °C Divulgation à 1,0 % selon les critères de classification
NFPA 704
réfrigéré, liquide cryogénique[7]: 0 3 0
Transport
20    1066    Code Kemler : 20 : gaz asphyxiant ou qui ne présente pas de risque subsidiaire Numéro ONU : 1066 : AZOTE COMPRIMÉ Classe : 2.2 Code de classification : 1A : Gaz comprimé, aspxyiant ; Étiquette : 2.2 : Gaz ininflammables, non toxiques (correspond aux groupes désignés par un A ou un O majuscule); 22    1977    Code Kemler : 22 : gaz liquéfié réfrigéré, asphyxiant Numéro ONU : 1977 : AZOTE LIQUIDE RÉFRIGÉRÉ Classe : 2.2 Code de classification : 3A : Gaz liquéfié réfrigéré, asphyxiant ; Étiquette : 2.2 : Gaz ininflammables, non toxiques (correspond aux groupes désignés par un A ou un O majuscule);
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Le diazote, communément nommé azote, est une molécule diatomique composée de deux atomes d'azote. Elle est notée N₂.

L'appellation « azote » sans autre précision est ambiguë parce que ce terme peut désigner l'élément azote (N) ou la molécule d'azote (N₂).^[a]

Dans les conditions normales de température et de pression, les molécules de diazote forment un gaz incolore constituant le principal composant de l'air, avec une concentration de 78,06 % en volume et de 75,5 % en masse.

Le diazote est à la source des principales réactions chimiques utilisées pour synthétiser industriellement des composés azotés, ainsi que dans de nombreuses réactions biochimiques.

On parle d'azote liquide quand le gaz diazote est refroidi en dessous de son point d'ébullition, et d'azote solide si on continue de refroidir, en dessous du point de fusion.

Histoire

La découverte du diazote est généralement attribuée au chimiste écossais Daniel Rutherford en 1772. Grâce à ses travaux entrepris à l'université d'Édimbourg, Rutherford le distingua du dioxyde de carbone, appelé alors air fixe ou air méphitique et précédemment identifié par son professeur Joseph Black^[9]. Toutefois, le gaz n'est pas clairement identifié comme tel, mais plutôt comme une rémanence du fluide phlogistique, théorie en cours à l'époque pour expliquer la combustion des corps.

Six mois avant la publication de Rutherford, Joseph Priestley rapporta à la Société royale de Londres une expérience de Henry Cavendish qui met en évidence un gaz autre que le dioxygène et le dioxyde de carbone, sans toutefois tirer de conclusions apparentes^[10].

À la même époque, à l'université d'Uppsala, Carl Wilhelm Scheele isole et identifie clairement le diazote et le dioxygène, qu'il nomme respectivement verdorbene Luft et Feuerluft mais ses travaux ne seront publiés qu'en 1777^[11].

Ce n'est qu'en 1789 que l'azote est reconnu comme un élément à part entière, par Antoine Lavoisier^[12].

Production

Au XXI^e siècle, le diazote est généralement obtenu par liquéfaction de l'air, suivie d'une distillation fractionnée.

L'extraction du diazote hors de l'air peut également être réalisée au moyen de membranes semi-perméables alimentées en air comprimé. Ces membranes sont composées de faisceaux de fibres d'oxyde polyphénilique creuses à enveloppe perméable enduites d'une couche de 40 nm. La pureté du diazote produit par une membrane dépend du débit demandé : par exemple, l'obtention d'une pureté de 95 % permet des débits allant jusqu'à 5 000 Nm³/h, alors qu'une production d'azote à 99,5 % ne permet que 0,5 Nm³/h.

Une autre méthode pour produire de diazote à partir d'air comprimé est par adsorption : ce type de générateur de diazote est composé d'un tamis moléculaire à base de carbone (appelé CMS pour « Carbon Molecular Sieve »). La taille des micropores du CMS est ajustée pour adsorber les molécules comme le dioxygène, mais pas le diazote, légèrement plus gros. Après récupération du diazote non adsorbé, la pression est relâchée et le CMS libère le dioxygène. Le CMS est régénéré et le cycle peut reprendre^[13].

Fixation biologique

Plusieurs bactéries sont capables de fixer le diazote moléculaire de l'air, première étape avant de pouvoir l'incorporer dans des molécules organiques comme les protéines ou les bases nucléiques constitutives des acides nucléiques support de l'hérédité comme l'ADN et l'ARN. On rencontre notamment ces bactéries en symbiose dans les racines des plantes de la famille des fabacées.

Stabilité

Le diazote, caractérisé par la présence d'une liaison covalente triple (une liaison σ et deux liaisons π), est une molécule très stable qui est pour cette raison utilisée comme gaz inerte pour remplacer l'atmosphère en synthèse chimique. Le diazote ne réagit directement qu'avec le lithium et le magnésium pour former les nitrures correspondants Li₃N et Mg₃N₂.

La stabilité de la molécule de diazote est la force motrice, l'origine de l'instabilité, voire de l'explosivité des composés pouvant libérer une molécule de diazote : azotures, sels de diazonium, azodicarbonamide, etc.

Utilisation

Le diazote atmosphérique peut être converti en ammoniac grâce au Procédé Haber ou au procédé Frank-Caro suivi d'une hydratation. L'ammoniac ainsi produit sert surtout à la fabrication d'engrais^[14].

Comme fluide frigorigène, le diazote porte la dénomination « R728 » dans la nomenclature des réfrigérants, régie par la norme 34-1992 d'ANSI/ASHRAE. Il est notamment employé dans les domaines suivants.

• Le diazote non liquide est utilisé comme gaz cryogénique.
• Le diazote gazeux est utilisé comme atmosphère inerte pour protéger des produits (sodium, composés organiques, par exemple vins et viandes), des objets ou des contenants (citernes) de l'oxydation, de la corrosion, des insectes, des champignons, etc.
• Le diazote sert à ajuster la composition des mélanges respiratoires dans les caissons de décompression ou les bouteilles de plongée sous-marine.
• Autres usages :
  • pesticide doux pour éliminer par asphyxie les vers du bois ou certains organismes (exemple : petite vrillette) ayant colonisé des objets anciens fragiles (cadres, sculptures et objets de bois, incunables, parchemins, gravures, etc.) ;
  • gaz de gonflage des accumulateurs hydrauliques en raison de sa passivité vis-à-vis des huiles ;
  • agent de 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 200 bars, 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 entraîne 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 ;
  • gaz de gonflage de pneumatiques. Bien que l'air contienne déjà 78 % de diazote, certains professionnels de l'aviation, de l'automobile ou de la Formule 1, par exemple, augmentent cette proportion dans les pneumatiques jusqu'à atteindre de l'azote presque pur. Ce gaz, ayant la propriété d'être inerte et stable, conserve une pression plus constante même en cas d'échauffement intense du pneumatique. De plus, il fuit plus difficilement^[15].

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.

Sécurité

Risque d'anoxie : le cas le plus fréquemment rencontré est celui de personnes pénétrant dans des réservoirs remplis d'azote sans s'en apercevoir, du fait que ce gaz est inodore et ne provoque pas de sensation de suffocation (causée par l'excès de dioxyde de carbone, et non par l'absence d'oxygène). Ces personnes sont alors prises de malaises, perdent connaissance, et, si on ne les retire pas très rapidement de cette situation, succombent. Il est nécessaire de vérifier la présence d'une proportion suffisante d'oxygène dans de tels espaces confinés avant d'y pénétrer, ou de s'équiper d'un appareil respiratoire autonome.

Référence ONU pour le transport de matières dangereuses

• Nom (français) : azote comprimé
  • Classe : 2
  • numéro : 1066

• Nom (français) : azote liquide réfrigéré
  • Classe : 2
  • numéro : 1977

Masse molaire du diazote 28,0 g mol⁻¹

Notes et références

Notes

1. La même ambiguïté concerne de nombreux autres éléments (hydrogène, oxygène, chlore, etc.).

Références

1. AZOTE (GAZ COMPRIME) et AZOTE (LIQUEFIE), Fiches internationales de sécurité chimique
2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
3. « Nitrogen », sur Hazardous Substances Data Bank (consulté le 2 mars 2010)
4. (en) Robert H. Perry et Donald W. Green, Perry's Chemical Engineers' Handbook, USA, McGraw-Hill, 1997, 7^e éd., 2400 p. (ISBN 0-07-049841-5), p. 2-50
5. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90^e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-4200-9084-0)
6. (en) David R. Lide, Handbook of chemistry and physics, Boca Raton, CRC, 2008, 89^e éd., 2736 p. (ISBN 978-1-4200-6679-1), p. 10-205
7. « Office of Radiation, Chemical & Biological Safety (ORCBS) » (consulté le 21 avril 2009)
8. « Azote » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 24 avril 2009
9. (la) Daniel Rutherford, Dissertatio inauguralis de aere fixo dicto, aut mephitico, Balfour et Smellie, 1772 (lire en ligne)
10. (en) « XIX. Observations on different kinds of air. », sur royalsocietypublishing.org (DOI 10.1098/rstl.1772.0021, consulté le 27 octobre 2022)
11. (de) Carl Wilhelm Scheele, Chemische Abhandlung von der Luft und dem Feuer, Verlegt von Magn. Swederus, Buchhändler zu finden bey S. L. Crusius, 1777 (lire en ligne)
12. Antoine-Laurent de (1743-1794) Auteur du texte Lavoisier, Traité élémentaire de chimie , présenté dans un ordre nouveau, et d'après les découvertes modernes ; Avec figures ; Par M. Lavoisier,..., 1789 (lire en ligne)
13. « Le "Carbon Molecular Sieve" est le cœur des générateurs d'azote Nitrocraft », sur Nitrocraft, 21 mars 2022 (consulté le 27 octobre 2022)
14. Voir par exemple (en) Stephen A. Lawrence, Amines. Synthesis, Properties and Applications, Cambridge University Press, 2006, 384 p. (ISBN 978-0-521-02972-8, lire en ligne), « An introduction to the amines ».
15. Pourquoi gonfler ses pneus à l’azote ?, Norauto (consulté en septembre 2017).

Voir aussi

Articles connexes

• Cycle de l'azote
• Diazonium