Azote
> NUMÉRO ATOMIQUE 7
> MASSE ATOMIQUE 14u
Groupe
15
Famille
Non-métaux
État physique naturel
Gaz
Étymologie
Lavoisier nomme ainsi l’azote en associant le privatif français « a » à la racine grecque zot, vivant. Azote signifie donc « privé de vie », par opposition à l’oxygène qui est « source de vie ».
Découverte
L’azote a été isolé par Daniel Rutherford, chimiste écossais, en 1772 et a été nommé ainsi par Lavoisier en 1779 lors de son étude sur la nature composée de l’air.
Propriétés et généralités
L’atome d’azote n’existe pas dans des conditions normales de pression et de température. Dans le langage courant, ce que l’on désigne sous le terme d’azote est en réalité le diazote N2, constituant majoritaire de l’atmosphère terrestre (78% du volume de l’air). Cette molécule est très stable grâce à la triple liaison qui lie les deux atomes. Il existe deux ions stables de l’azote: l’ion nitrure N3- et l’ion azoture N3–. Il possède en outre 16 isotopes connus (des atomes possédant le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différents), de nombre de masse variant de 10 à 25. Deux d’entre eux sont stables et présents dans la nature, l’azote 14 (14N) et l’azote 15 (15N), le premier représentant la quasi-totalité de l’azote présent (99,64%). L’azote forme de nombreux composés avec l’oxygène (monoxyde d’azote, NO), l’hydrogène, des halogènes (trifluorure d’azote, NF3) ou encore des métaux. Avec l’hydrogène, le composé le plus connu est l’ammoniac NH3, à la base de la chimie de l’azote.
Utilisations
Conservation des aliments (l’azote est un gaz « neutre » qui remplace l’oxygène de l’air présent dans les emballages); sous forme liquide, congélation des cellules et extraction de l’ADN et des protéines; gaz de gonflage des pneumatiques (aviation et formule 1); métallurgie en tant qu’élément interstitiel. L’azote peut remplacer le carbone, on parle d’aciers à l’azote, ou rendre les surfaces plus dures et résistantes à la corrosion; agent de lutte contre les incendies; anesthésiant (protoxyde d’azote, N2O); explosifs (à base de nitroglycérine par exemple). Mais l’utilisation la plus courante de l’azote reste la fertilisation des plantes. Les sels d’ammonium présents (nitrate d’ammonium, sulfates d’ammonium, monophosphate d’ammonium…) forcent la plante à absorber plus d’eau et donc à grossir.
En savoir plus
- Le symbole N de l’azote dérive du nom anglais nitrogen, issu du mot latin nitrogenium.
- L’azote est indispensable à l’organisme pour fabriquer les protéines et les acides nucléiques.
- Seules quelques bactéries et cyanobactéries peuvent fixer l’azote atmosphérique. Elles produisent de l’ammoniaque (NH4OH). En présence d’oxygène, d’autres bactéries transforment l’ammoniac (NH3) en nitrite puis en nitrates (NO3–). Les végétaux absorbent les ions nitrate et constituent ainsi la principale source d’azote disponible pour les animaux, via l’alimentation.
Quoi de neuf dans les labos ?
L’atome d’azote est un des constituants des acides aminés, son assimilation par les êtres vivants est donc primordiale. La réserve essentielle de cet élément est l’atmosphère terrestre, puisque sa forme élémentaire, le diazote (N2), en représente 80%. Le problème: N2 est une molécule très inerte, il est très difficile de la faire réagir avec d’autres éléments.
Les composants électroniques (diodes, transistors) à base de carbure de silicium (SiC), permettent une réduction considérable des pertes d’énergie lors de leur fonctionnement, par rapport au silicium. Depuis longtemps, on sait contrôler les propriétés du SiC en introduisant une petite quantité d’impuretés (dopants) dans le SiC, des atomes d’azote par exemple, qui produisent un excès d’électrons. On observe ainsi une augmentation de la quantité de courant qui passe dans le transistor. Malgré une apparente maturité de la technologie de dopage du SiC avec l’azote, certaines étapes de la synthèse, maitrisées à l’échelle industrielle, sont encore loin d’être bien décrites et comprises.
L’azote est un élément essentiel pour tout organisme vivant. Les légumineuses comme le haricot ou le soja obtiennent l’intégralité de l’azote dont elles ont besoin via une symbiose racinaire. Une étude récente, basée sur la comparaison de 37 génomes dont 10 nouvellement séquencés, montre que malgré l’avantage évident apporté par cette symbiose elle a été perdue de multiple fois au cours de l’évolution, suggérant une fragilité encore méconnue de cette association.
L’azote est un bloc élémentaire de la composition des molécules du vivant telles que l’ADN et les protéines. Caractériser le fonctionnement primitif du cycle de l’azote terrestre est un enjeu fondamental pour comprendre l’évolution de la biosphère depuis plus de 3 milliards d’années.
Pour tenter de savoir pourquoi les arbres ne poussent pas au-delà d’une certaine altitude sur toutes les montagnes de la planète, une équipe internationale a mené une enquête inédite sur sept massifs montagneux situés en zone tempérée. A l’appui d’analyses effectuées dans les sols de chacun de ces écosystèmes, de part et d’autre de la limite supérieure des arbres, les chercheurs ont constaté que le rapport entre la quantité d’azote et de phosphore présent dans le sol y était identique à la frontière entre forêt et prairies d’altitudes.
Des chercheurs ont reconstitué l’histoire évolutive des symbioses mycorhiziennes et fixatrices d’azote. Leur travail de synthèse apporte un éclairage original sur les symbioses à bénéfice mutuel et sur les mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans la colonisation des racines des plantes par les microorganismes. Une meilleure compréhension de ces mécanismes et de leur modulation par différents facteurs, tels que le génotype de la plante ou le type de sol, devrait faciliter l’utilisation du microbiote des plantes dans le cadre d’une agriculture durable.
En simulant sur ordinateur le piégeage de la molécule d’ammoniac dans des clathrates hydrates, une équipe de physiciens hongrois et d’astrophysiciens français ont montré que le clathrate hydrate d’ammoniac pouvait être stable à basse température (jusqu’à 200 K) dans des conditions typiques de certains environnements planétaires ou du milieu interstellaire, confirmant ainsi les résultats d’une étude expérimentale, pourtant contre intuitive, publiée quelques années auparavant.
Une découverte récente risque de modifier la cartographie des recherches sur le cycle de l’azote dans l’océan. Les premiers résultats de la campagne océanographique OUTPACE montrent en effet que la région océanique où les flux de fixation d’azote atmosphérique sont les plus importants est le Pacifique Sud-Ouest. Cette vaste région située entre la Nouvelle-Calédonie et l’archipel des Tonga apparaît à l’échelle mondiale comme une source principale d’azote pour l’océan. L’azote étant essentiel à la croissance du plancton végétal, premier maillon de la chaîne alimentaire marine, ces résultats devraient inciter les spécialistes à porter une plus grande attention à cette région.
Une équipe internationale a effectué trois campagnes dans la région du Sahel (Sénégal) pour mesurer les flux de composés azotés entre le sol et l’atmosphère. Les résultats obtenus ont permis de mieux préciser les processus responsables de ces échanges dans cette région peu documentée et de les quantifier pour la première fois à la transition entre saison sèche et saison humide.
En synthétisant des feuillets de nitrure de bore contenant des proportions différentes des deux isotopes du bore, des physiciens viennent de montrer comment la masse du noyau atomique affecte les propriétés physiques du composé, et notamment la distance et force d’attraction entre feuillets voisins.
Des capteurs de gaz à base de nitrure de gallium, réalisés sur un substrat en saphir, ont été transférés sur des feuilles métalliques ou polymères souples. Ce transfert a pour effet de doubler la sensibilité du capteur aux oxydes d’azote (NOx), de multiplier par six son temps de réponse, et ouvre la voie à des applications environnementales, portables et à bas coût.
Valentina Lazarova, chef de projet chez Suez Environnement, est une spécialiste de la question du traitement et de la valorisation des eaux usées. Considérée comme l’une des spécialistes mondiales de cette thématique stratégique, cette ingénieur en génie des procédés a déposé sept brevets. A l’occasion de sa médaille de l’innovation 2014, décernée par le CNRS, elle évoque les solutions innovantes qu’elle a imaginées et qui sont mises en œuvre dans de nombreuses installations. À son actif, par exemple, le développement de nouveaux procédés visant à l’élimination du carbone, de l’azote et du phosphore des eaux usées ; l’optimisation des performances de désinfection par ozonation (injection d’ozone) et rayonnement ultraviolet. Dans un contexte de raréfaction des ressources en eau et de changement climatique global, ces avancées concourent à la préservation de l’« or bleu », à la sauvegarde de la biodiversité et à la diminution de l’impact économique des sécheresses. 2014, 3mn, CNRS Images