Protoxyde d'azote

GÉNÉRALITÉS :
Le protoxyde d'azote est le résultat de la combinaison de deux éléments : deux atomes d'azote N et un atome d'oxygène O, soit N₂O (N = 63,65 %, O = 36,35 %).
Appelé également monoxyde de diazote, oxyde nitreux et quelquefois "gaz hilarant".

Masse molaire : 44,013 g mol^-1.

Le sol et les océans sont les principales sources naturelles de ce gaz mais il est également produit par la combustion de matières organiques et de combustibles fossiles, l’industrie...
En France, l’agriculture contribuerait à hauteur de 76 % aux émissions de N₂O provenant essentiellement de la transformation des produits azotés (engrais, fumier, lisier, résidus de récolte) sur les terres agricoles (phénomènes de nitrification / dénitrification).

C'est le quatrième plus important des gaz à effet de serre (voir ici), dont la contribution à ce phénomène est relativement faible car sa concentration atmosphèrique en juin 2022 est de l'ordre de 335,48 ppbv* (contre 415580 ppbv pour CO₂ et 1906 ppbv pour CH₄).
*ppbv : parties par billion en volume (billion = millard).


(source NOAA)
Il contribue cependant à hauteur de 6 % au forçage radiatif global.

Propriétés.
D'odeur douce, à forte dose, il devient narcotique avec comme effets :

• Euphorie, sensation de bien-être et fous rires (d'ou le surnon de "gaz hilarant"),
• Désinhibition,
• Effet de flottement,
• Distorsions visuelles et auditives,
• Sensation d'alourdissement des membres,
• Modification de la voix, qui devient très grave (exactement l'inverse de l'hélium).

C'est un gaz plus lourd que l'air : 1,872 kg m3^-1 (à 15°C et 1,013 bar).
(densité relative à l’air : 1,53).

Solubilité dans l'eau (1,013 bar et 5 °C) : 1,14 vol/vol (1,14 litre/litre d'eau).

Il se liquéfie à T = -88,5 °C (184,65 K, sous 1,013 bar). C'est aussi le point d'ébullition du N₂O liquide.

Le point de fusion du protoxyde d'azote solide (glace N₂O) est de -91 °C (182,15 K, au point triple), et donc c'est aussi le point de solidification du N₂O liquide.

Point Triple : Température = -90,8 °C (182,3 K) et Pression : 878 hPa (878 mbar).

Point critiques (Critical point) : P = 72 450 hPa (72,45 bar) et Tc = 36,4 °C (309,55 K]).

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Graphique de Pression de vapeur en fonction de la Température :

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Quelques caractéristiques :

• Phase gazeuse :
  • Masse volumique de la phase gazeuse (1,013 bar et 15 °C) : 1,872 kg/m3
  • Masse volumique du gaz au point d'ébullition (1,013 bar) : 3,16 kg/m3
  • Équivalent gaz/liquide (1013,25 hPa, 15 °C) : 1 m3 de gaz (1,282 kg) > 0,00151 m3 de liquide (1,51 litre, masse : 1,872 kg)
  • Volume Spécifique (1,013 bar, 21 °C) : 0,543 m3/kg
  • Chaleur spécifique du gaz à pression constante (Cv) (1000 hPa et 25 °C) : 38 J/(mol.K)
  • Chaleur spécifique du gaz à volume constant (Cv) (1000 hPa et 25 °C) : 29 J/(mol.K)
  • Viscosité (1013 bar, 0 °C) : 0,000136 Poise
  • Conductivité thermique (1,013 bar et 0 °C) : 14,57 mW/(m.K)
    
• Phase liquide :
  • Masse volumique (1013 bar, au point d'ébullition) : 1222,8 kg m3^-1
  • Équivalent liquide/gaz (1013 bar, 15 °C) : 1 litre de liquide > 0,662 m3 de gaz (1,239 kg)
  • Point d'ébullition (1013 bar) : -88,5 °C (184,65 K)
  • Chaleur latente de vaporisation (1,013 bar au point d'ébullition) : 376,14 kJ kg^-1
  • Pression de vapeur (à 20 °C) : 58500 hPa (58,5 bar).
    
• Phase solide (glace) :
  • Point de fusion : -91 °C (182,15 K).
  • Chaleur latente de fusion (1,013 bar, au point triple) : 148,53 kJ/kg
    

• Industrie pharmaceutique.
  Le protoxyde d'azote est utilisé comme gaz propulseur dans le conditionnement d'aérosols.
  Médical.
  -en anesthésie, comme composante courante de l'anesthésie générale combinée, en association avec des anesthésiques injectables (hypnotiques, morphiniques, curares) ou inhalés.
  -en médecine d'urgence (réductions de fractures ou luxations),
  -pédiatrie ou en salle d'accouchement, sous forme de mélange équimoléculaire avec du di-oxygène (MEOPA).
• Alimentaire et boissons.
  Le protoxyde d'azote est utilisé comme fluide propulseur d'aérosols.
• Laboratoires et analyses.
  Le protoxyde d'azote est un comburant pour la flamme en analyse par absorption atomique.
  N2O est aussi utilisé pour calibrer les analyseurs d'impuretés en trace, les analyseurs de contrôle de l'environnement, les analyseurs de contrôle des atmosphères de travail ou des procédés en pétrochimie.
• Electronique.
  Dans la fabrication des semi-conducteurs, le protoxyde d'azote peut être une source d'oxygène pour les dépôts chimiques en phase gazeuse (CVD) de silice ou d'oxynitrure de silicium (dopé ou non).
• Autres industries.
  Comburant pour moteurs de modèles réduits.
  

Risques majeurs.

• Suffocation (asphyxiant si inhalé pur)
• Toxicité (Am. Conf. Of Gov. Ind. Hygienists ACGIH 2000 Edition) : 50 ppm.
• Limites d'inflammabilité dans l'air (conditions normales TPN) : Oxydant puissant,
  Entretient la combustion.

Liens :
> ADEME,
> Les effets du protoxyde d’azote ou gaz hilarant.

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