Gaz-Azote

Azote

GÉNÉRALITÉS :
L'azote gazeux (aux conditions normales de température et de pression) est le résultat de la combinaison de deux atomes d'azote N, soit la formule N₂ (diazote).
Masse molaire de ¹⁴N₂ : 28,0134 g mol^-1.
Isotopes N : ¹¹N, ¹²N, ¹³N, ¹⁴N, ¹⁵N,¹⁶N, ¹⁷N,¹⁸N, ¹⁹N, ²⁰N, ²¹N, ²²N, dont 2 stables > ¹⁴N et ¹⁵N
(l'isotope 18 est utilisé pour connaitre la température dans une région à un moment donné).

Le gaz azote N₂ représente 78,08 % du volume total de l'atmosphère terrestre (voir ce lien sur l'air).

L'élément chimique azote N est un des composants principaux du vivant et des écosystèmes, ainsi que des agrosystèmes. Il entre dans la composition des protéines (pour environ 15 %). L'azote est présent dans de très nombreux produits chimiques, dont certains pesticides dits à "urées substituées". L'azote a été exploité et l'est encore en tant qu'engrais naturel dans l'urée animale (ou humaine) et le guano (excréments sec d'oiseau ou de chauve-souris), notamment au Chili, au Pérou, en Inde, en Bolivie, en Espagne, en Italie et en Russie.
Aujourd'hui, ses composés sont essentiellement produits industriellement par synthèse chimique pour de nombreux usages.

Nota : le cycle de l'azote (lien) est un cycle biogéochimique qui décrit la succession des modifications subies par les différentes formes de l'azote : diazote, nitrate, nitrite, ammoniac, azote organique (protéines).

Propriétés de l'azote diatomique N₂.
L'azote est un un gaz incolore, inodore, insipide et ininflammable.

Aux conditions "normales" de pression, c'est un gaz un peu plus lourd que l'air : 1,185 kg/m3 (1013,25 hPa et 15 °C),
(1013,25 hPa et au point d'ébullition : 4,614 kg/m3).

Solubilité dans l'eau (1013,25 hPa, à 0 °C ) : 0,0234 vol/vol (23,4 ml dans 1 litre d'eau).

Il se liquéfie à T = -196° °C [77 K] (P = 1atm). C'est aussi le point d'ébullition de l'azote liquide.

Le point de fusion de N₂ solide (azote congelé) est à -210 °C (63 K), et donc c'est aussi le point de solidification de l'azote liquide.

Le point triple se situe à T = -210,1 °C (63,05 K) et Pression = 125,3 hPa (0,1253 bar), et se trouve bien inférieur à la pression atmosphérique ("normale" à 1013,25 hPa ou 1013 mbar), donc l'azote liquide et solide ne peuvent exister à cette pression et températures classiques sur Terre.

Le Point Critique se situe à Pc = 3,4 MPa (34 bar) et Tc = -147 °C [126 K] .

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Diagramme des phases

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Ions de l'azote.
Il existe deux ions stables de l'azote :

l'ion nitrure N^3- qui n'existe que dans les solides (nitrures métalliques) ou dans les complexes métalliques,
l'ion azoture N^3-, forme basique de l'acide azothydrique HN₃ ;

Il peut former aussi bien des sels inorganiques comme l'azoture de sodium NaN₃ que des composés organiques substitués tel la zidovudine dans lesquels il se comporte généralement comme un pseudohalogénure.

Quelques caractéristiques :

Phase gazeuse :
- Masse volumique de la phase gazeuse (1013,25 hPa, à 15 °C ) : 1,185 kg m3^-1
- Equivalent gaz/liquide (1013,25 hPa et 15 °C) : 1 m3 de gaz (1,18499 kg) > 1,447 litre de liquide
- Volume spécifique (1013,25 hPa, à 21 °C ) : 0,862 m3 kg^-1
- Chaleur spécifique à pression constante (Cp) (1000 hPa et 25 °C) : 29 J/(mole.K)
- Chaleur spécifique à volume constante(Cp) (1000 hPa et 25 °C) : 20 J/(mole.K)
- Viscosité (1013,25 hPa, à 0 °C ) : 0,0001657 Poise
- Conductivité thermique (1013,25 hPa, à 0 °C ) : 24 mW/(m.K)
Phase liquide :
- Masse volumique de la phase liquide (1013,25 hPa, au point d'ébullition) : 808,607 kg m3^-1
- Equivalent liquide/gaz (1013,25 hPa et 15 °C) : 1 m3 d'O₂ liquide > 691 m3 de gaz [818,834 kg] )
- Point d'ébullition (1013,25 hPa) : -195,9 °C (90 K)
- Chaleur latente de vaporisation (1013,25 hPa, au point d'ébullition de -195,9 °C) : 198,38 kJ kg^-1
Phase solide (azote congelé) :
- Point de fusion : -210 °C (63 K)
- Chaleur latente de fusion (1013,25 hPa, au point triple) : 25,73 kJ/kg

Utilisation.

Industrielle :
- Liquide, il est utilisé comme fluide cryogénique,
- Il sert à créer des atmosphères inertes afin de protéger des produits (sodium, aliments, composés organiques, vins par exemple), des objets ou des contenants (citernes) de l'oxydation, de la corrosion, des insectes, des champignons...
- Traitement thermique de divers métaux,
- Automobile : le moulage par injection à assistance gazeuse requiert une teneur en azote de 98 à 99,9 % et des pressions comprises entre 10 bar et 200 bar,
- Transport pneumatique de charbon ou d'autres matériaux pulvérulents inflammables.
Médicale :
- N2 est utilisé pour ajuster la composition des mélanges respiratoires dans les caissons de décompression ou les bouteilles de plongée sous-marine,
- Conservation à basse température de tissus vivants et de cellules.

Divers.
Agent de lutte contre les incendies (allié à 50% d'argon et parfois avec du CO2).

Effet sur l'homme.
Risque d'asphyxie : le cas le plus fréquemment rencontré est celui de personnes pénétrant dans des réservoirs remplis d'azote, sans s'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).

Lien (canadien) sur les dangers des liquides cryogéniques.

Téléchargement des Fiches Techniques de Sécurité - Air Liquide (fichiers pdf) : N2 comprimé et N2 liquide (réfrigéré).

Nota : une autre planète que la Terre a une atmosphère contenant principalement de l'azote, il s'agit de Titan, satellite de Saturne (6ème planète du système solaire); en effet la teneur en N2 dans l'atmosphère de Titan est d'environ 90% en volume. Par ailleurs, la température pouvant être d'environ -210°C lors des saisons froides (il y a des saisons sur cette planète), cela n'exclut pas des averses d'azote liquide ou de neige d'azote !
De même Triton, satellite de Neptune (8ème planète du système solaire), qui a une atmosphère, très ténue (environ 0.01 millibar), composée principalement d'azote avec un peu de méthane. et contient des neiges d'azote (également des geysers ont été observés).

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