OXYDES D’AZOTE
Wolfgang Werner, Münster
« Oxydes d’azote » est une appellation générale
de même que la formule NOx sans préciser duquel des 6 oxydes d’azote connus (voir Tableau 1) il
s’agit. La valence de l’azote peut varier de +1 à +5.
|
Valence de l’azote |
Formule |
Appellation |
Anhydride d’acide |
État |
|
+1 |
N2O |
Protoxyde d’azote (gaz hilarant) |
- |
gazeux |
|
+2 |
NO |
Monoxyde d’azote |
- (réaction
rapide avec des traces d’ O2
4 NO2 ) |
gazeux |
|
+3 |
N2O3 |
Trioxyde de diazote |
Anhydride de l’acide nitreux |
gazeux |
|
+4 |
NO2 |
Dioxyde d’azote |
Anhydride mixte d’acide nitreux et d’acide nitrique
(dismutation) |
gazeux |
|
+4 |
N2O4 |
Tetroxyde de diazote |
Anhydride mixte d’acide nitreux et d’acide nitrique
(dismutation) |
gazeux (roux) |
|
+5 |
N2O5 |
Pentoxyde de diazote |
Anhydride de l’acide nitrique |
solide (incolore) |
Les oxydes d’azote sont des composés endothermiques qui
ne se forment qu’avec l’apport d’énergie. Dans l’atmosphère, dans l’air, l’azote
(78%) et l’oxygène (21%) coexistent dans les conditions normales (1 atmosphère
de pression et une température de 20°C) sans qu’une réaction ne soit observée.
Des oxydes d’azote simples à l’acide nitrique
À la température de l’arc
électrique, d’environ 3000° C, se forme du monoxyde d’azote NO qui réagit
rapidement avec de l’oxygène pour donner du dioxyde d’azote qui, à son tour, se
dimérise en tétroxyde de diazote de couleur rousse.
N2 + O2 D 2NO
2NO+ O2 4 2NO2
2NO2D N2O4
En 1903 Birkeland (Professeur de
physique à Oslo) et Eyde ont développé à partir
de cette synthèse du monoxyde d’azote la production industrielle de
l’acide nitrique. Dans l’eau le dioxyde d’azote donne avec de l’oxygène de
l’acide nitrique.
4NO2
+O2 + 2H2O4 4 HNO3
Cette synthèse de l’acide nitrique ne pouvait
être réalisée, à cause de la consommation importante d’énergie, que dans des
pays ayant de l’énergie hydraulique comme la Norvège et la Suisse. La formation
de NO par cette voie est aussi appelée
combustion de l’air.
Des mélanges d’azote et de NO2
appelés gaz nitrique sont produits également par l’oxydation avec de l’acide
nitrique concentré.
À part le protoxyde d’azote et le monoxyde
d’azote, les oxydes d’azote se dissolvent dans l’eau en donnant des acides, il
s’agit ainsi d’anhydrides d’acides (acide nitreux et acide nitrique).
La combustion de l’air à haute
température au début du 20e siècle fut la première étape de la production
de l’acide nitrique. Le produit clé étant NO, c’est Wilhelm Ostwald (Professeur de
chimie à Riga et à Leipzig, 1853-1932) qui développa le procédé de la
combustion de l’ammoniac en monoxyde d’azote à l’échelle industrielle. Le
français Frédéric Kuhlmann
avait proposé cette réaction en 1838 :
Mais l’ammoniac ne fut disponible en
grandes quantités qu’après la synthèse de Haber et Bosch (brevet 1910).
Les oxydes d’azote étant des produits
endothermiques, il n’est pas surprenant qu’à des températures élevées et au
contact avec des catalyseurs (pot catalytique) ils se décomposent en donnant
les deux éléments. A cause de cette
propriété il est compréhensible que les oxydes d’azote entretiennent la
combustion.
Les oxydes d’azote dans l’atmosphère et dans la
stratosphère
Dans des moteurs à combustion pour la locomotion, soit
à l’essence soit au carburant diesel, les températures atteintes sont environ
de 2300° C. À ces températures il se forme également du NO.
Le degré de rendement du moteur est
meilleur à des températures élevées. Mais dès que les températures montent, la
quantité de NO augmente exponentiellement. Dans l’atmosphère le monoxyde
d’azote réagit rapidement avec l’oxygène pour donner du dioxyde d’azote. Ce
dernier donne avec de l’eau les acides nitreux et nitrique, responsables des
pluies acides.
2 NO2
+ H2O 4 HNO2 + HNO3
Un procédé pour éliminer le monoxyde
d’azote des installations de chauffage ou lors de l’incinération des ordures
est basé sur l’addition d’ammoniac qui réagit en présence d’un catalyseur avec
le NO pour donner de l’azote et de l’eau par médiamutation
(type de réaction inverse de la dismutation).
3 NO +2 NH34 5/2 N2 +3H2O
Le protoxyde d’azote a été une des
premières substances anesthésiantes (1844). L’origine du nom « gaz
hilarant » n’est pas claire. On utilise le gaz hilarant sous le code
européen E 942 par
exemple comme gaz propulseur pour la
crème Chantilly.
La formation du protoxyde d’azote n’est
pas exclusivement anthropogène. S’il y a un manque d’oxygène dans le sol, de l’engrais azoteux peut être
transformé en protoxyde d’azote. D’autre part, quelques petits organismes comme
des larves d’insectes qui vivent dans l’eau et qui mangent des détritus, en
produisent ; De plus l’eau est souvent polluée par des nitrates introduits par des eaux usées et des engrais.
Au cours de l’irradiation du
protoxyde d’azote par la lumière UV, ce dernier est dégradé en NO qui décompose
à son tour l’ozone. On désigne par O— de l’oxygène
atomique (un radical).
NO + O3 + hν 4 NO2
+ O2
NO2 +hν 4 NO +O—
N2O + O— 4 2 NO
2NO+ O— 4 2NO2
Le protoxyde d’azote est un gaz à effet de serre et on
lui attribue un potentiel de réchauffement global de 298 équivalents de CO2.
Sa durée de vie dans l’atmosphère est de 114 ans.
Du point de vue médical le monoxyde
d’azote est reconnu comme gaz toxique. Il est la substance active du sodium
pentacyano nitrosylferrate et de la nitroglycérine. En 1998 le prix Nobel de
médecine a été attribué à Fuchgott, Ignarro et Murad pour avoir prouvé le rôle de médiateur du
monoxyde d’azote.
Traduit
de l’allemand par Pauline Werner