Azòt
L'azòt (o rarament nitrogèn) es un element quimic de simbòl N e de numèro atomic 7. Fòrça electronegatiu, a un pes atomic de 14,007 e ocupa la tèsta de la colona 15 de la taula periodica deis elements. Dins lo lengatge corrent, lo tèrme azòt designa lo diazòt N2 qu'es, dins lei condicions normalas de temperatura e de pression, un gas incolòr e inodòr que fòrma  aperaquí 78% de l'atmosfèra terrèstra. Descubèrt en 1772 per l'Escocés Daniel Rutherford (1749-1819), aqueu gas menèt a l'identificacion de l'azòt coma element quimic novèu per lo quimista francés Antoine Lavoisier (1743-1794).

Element frequent dins l'Univèrs, l'azòt pòu formar de compausats fòrça variats coma de nitrurs, d'idrurs, d'alogenuras, d'oxids e d'oxoacids. Tèn un ròtle major dins lei procès biologics deis organismes vivents coma constituent indispensable deis acids aminats. De mai, plusors compausats azotats, especialament l'acid nitric HNO3, l'amoniac NH3, l'idrazina N2H4 e lei nitrats, son de substàncias fòrça importantas per l'industria modèrna. D'efèct, permèton de produrre d'engrais, d'explosius, de polimèrs ò de moleculas organicas (medicaments, drògas...).

Istòria

Utilizacions anticas e medievalas d'azòt 

Plusors compausats azotats son coneguts dempuei l'Antiquitat. Per exemple, lo Grèc Erodòt (484-425 avC) cita dins son trabalh l'existéncia dau clorur d'amòni. Puei, lei alquimistas de l'Edat Mejana ne trobèron d'autrei coma l'acid nitric. Descurbiguèron egalament divèrsei saus contenent d'ions nitrats ò amònis. Enfin, en mesclant acid nitric e acid cloridric, obtenguèron l'aiga règia, substància capabla de dissòuvre lei metaus nobles, compres l'aur.

Pasmens, en despiech d'aquela multiplicacion dei produchs azotats utilizats dins sei laboratòris, ges d'alquimista i sospichèt l'existéncia d'un meteis element quimic.

Descubèrta 

La descubèrta d'azòt se debanèt dins l'encastre de cèrcas sus la combustion. Es generalament atribuida au fisician escocés Daniel Rutherford (1749-1819) que publiquèt lo premier cas de resultats concluent a l'existéncia d'un gas inèrt encara desconegut dins l'atmosfèra. Pasmens, plusors autrei scientifics menèron d'experiéncias similaras d'un biais simultanèu. En particular, foguèt lo cas dau Suedés Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) e dei Britanics Henry Cavendish (1731-1810) e Joseph Priestley (1733-1804).

La preséncia d'un element quimic novèu dins aqueu gas foguèt probable establida per lo Francés Antoine Lavoisier (1743-1794) que lo placèt dins sa lista d'elements. Lo gas novèu recebèt diferenteis apellacions. Rutherford lo diguèt « èr nociu » (« noxious air » en anglés). Lavoisier adoptèt lo tèrme « èr mefitic » que donava « azotikos » en grèc. Aquò foguèt a l'origina dau francés « azote » que venguèt « azòt » en occitan. De tèrmes similars foguèron tanben adoptats en rus, en turc e dins mai d'un autre lengatge. Pasmens, leis Anglés lo refusèron car la proprietat « mefitica » (« que permet pas la vida ») es comuna a la màger part dei gas. Adoptèron en 1794 lo mot « nitrogen » qu'èra estat inventat en 1790 per lo Francés Jean-Antoine Chaptal (1756-1832).

La diversificacion deis aplicacions e dei fònts d'azòt 

Lei compausats azotats avián ja d'utilizacions avans la descubèrta de l'element. Lei pus importantas èran militaras (saunitre per la fabricacion de pouvera) e agricòlas (divèrsei nitrats coma engrais). Ambé la Revolucion Industriala dau sègle XIX, lei besonhs aumentèron e de jaciments d'azòt, especialament aquelei de guano d'America dau Sud, foguèron l'enjòc de conflictes armats. Pasmens, lei fònts naturalas podián pas contentar la demanda e son còst èra sovent important.

Leis industriaus assaièron d'esplechar l'azòt atmosferic. Aquò donèt naissença a quatre procès de fixacion dichs Franck-Caro (1895-1899), Birkeland-Eyde (1903) Haber-Bosch (1908-1913) e Ostwald (1902). Lei dos premiers foguèron fòrça utilizats per la produccion de nitrats destinats a l'agricultura. Lo darrier es istoricament liat a la fabricacion d'explosius mai permet sustot de produrre d'azòt per l'industria quimica en generau.

En parallèl, leis aplicacions de l'azòt gasós ò liquid se multipliquèron ambé d'utilizacions coma gas inèrt, coma produch de conservacion alimentar ò coma liquid de temperatura bassa. Dins aquò, l'aumentacion deis utilizacions foguèt encara pus importanta per lei compausats azotats que son venguts fòrça frequents (medicaments, polimèrs...).

Proprietats quimicas

Proprietats atomicas 

L'atòm d'azòt a sèt electrons que son estat fondamentau es 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz1. A donc cinc electrons de valéncia que tres son d'electrons non apariats situats sus lo sosjaç 2p. Aquela valéncia particulara es a l'origina de plusors proprietats de remarca :
 una electronegativitat fòrça importanta (3,04 segon l'escala de Pauling) en causa de la preséncia d'interaccions fòrtas entre lo nuclèu e lei sosjaç 2s e 2p.
 la cèrca d'una configuracion electronica establa similara an aquela de neon.
L'azòt a donc una reactivitat que presenta de similituds amb leis autreis elements de la colona 15 de la taula periodica mai pòu pas practicar, au contrari d'aqueleis elements, l'ipervaléncia (es a dire plaçar 18 electrons dins sa valéncia per s'estabilizar). En causa d'aqueu limit, sei proprietats quimicas an donc una certana similitud amb aquelei dau carbòni e de l'oxigèn que son sei vesins dirècts, especialament sa capacitat de crear de liames quimics amb un atòm d'idrogèn. De mai, pòu, coma l'oxigèn, formar de liames idrogèn.

Occuréncia e isotòpia

Occuréncia 

L'azòt es un element relativament frequent dins l'Univèrs. En particular, n'i a de quantitats importantas dins leis estèlas siá coma residús eissits dau nívol a l'origina de la formacion de l'estela siá coma produch dei reaccions termonuclearas que se debanan dins lo nuclèu estellar. En la Tèrra, fòrma la majoritat de l'atmosfèra (78,1%) e es un constituent major deis organismes vivents (ADN, acids aminats...).

Es en revènge relativament pus rar dins la crosta car fòrma pauc de mineraus en fòra dei nitrats. Ansin, sa concentracion mejana dins la litosfèra e dins lei jaç pus intèrnes de la planeta es de 19 ppm, çò qu'es similar a l'occuréncia de liti.

Isotòpia 

L'azòt a dos isotòps estables que l'azòt-14 e l'azòt-15. Lo premier es lo pus escampat que fòrma 99,634% deis atòms d'azòt. Aquela predominància explica que lo pes atomic de l'azòt (14,007) siegue tant pròche de 14. Leis isotòps instables van de l'azòt-12 a l'azòt-23. An una mieja vida fòrça febla qu'es aperaquí d'un desenau de minutas per l'azòt-13 e d'una segonda (ò mens) per leis autrei.

Quimia e aplicacions dei compausats azotats

Atòm d'azòt e molecula de diazòt

Generalitats 

Isolat, l'atòm d'azòt es un triradicau quimic qu'a una reactivitat extrèma e que s'observa pas dins la natura. Lo còrs pur simple associat a l'azòt es donc lo diazòt N2. Bastida a l'entorn d'un liame quimic triple, es una molecula fòrça establa e pauc reactiva sovent utilizada coma gas inèrt. Pasmens, pòu reagir au contact de liti e de certanei metaus de transicion.

Dins lei condicions normalas de temperatura e de pression, lo diazòt es un gas incolòr e inodòr. Sa temperatura de vaporizacion es de 77 K e sa temperatura de fusion de 63 K. Lo diazòt liquid es incolòr e a una densitat de 0,808 a son ponch d'ebulicion. Per quant a l'azòt solid, es fòrça frequent en lei planetas e satellits exteriors dau Sistèma Solar. Capable de se sublimar ò de condensar rapidament, pòu i formar una atmosfèra, participar a de mecanismes de criovolcanisme ò cubrir la superficia amb un jaç de glaç.

Aplicacions dau diazòt gasós 

Lo diazòt gasós a plusors aplicacions que representan aperaquí dos tèrç de la produccion actuala de diazòt. La pus importanta es la formacion d'atmosfèras inèrtas que permèton d'empedir una reaccion entre l'oxigèn de l'èr e una substància de protegir dau dioxigèn de l'èr. En particular, aquò permet dins l'industria d'empedir d'incendi ò d'explosions. Pasmens, aquela proprietat permet de fabricar d'ampolas electricas, per protegir la norridura embalada ò per gonflar de gomas.

En fòra d'aquela utilizacion majora, lo diazòt gasós es tanben un produch important en quimia analitica, especialament per la preparacion de mòstras. Dins l'industria alimentària, es de còps utilizat ambé lo dioxid de carbòni CO2 per assegurar la gasificacion de bevendas.

Aplicacions dau diazòt liquid 

Lo diazòt liquid es sustot utilizat coma liquid criogenic car sa temperatura d'ebulicion se situa vèrs -196°C e car son còst es fòrça feble a respèct deis autrei liquids criogenics. Lei domenis principaus son lei servicis espitaliers que dèvon conglaçar de mòstras biologicas (sang, gametas...) e lei servicis que dèvon refrejar d'equipaments necessitant una temperatura fòrça freja per foncionar (aparelhs de laboratòri, equipaments medicaus, ordinators...). D'aplicacions segondàrias son la congelacion de norridura ò de bornèus per i arrestar una circulacion de liquid.

Complèxs metau de transicion - diazòt 

Lei complèxs metau de transicion - diazòt son de complèxs metallics que tèn au mens una molecula de diazòt coma ligand. Aqueleis ensems son fòrça importants dins lei procès biologics implicant d'atòms d'azòt e dins lei procès industriaus de produccion d'engrais. D'efèct, sei proprietats permèton l'adsorpcion dau diazòt atmosferic, especialament dins l'encastre dau procès Haber-Bosch, çò que permet de lo captar e de l'utilizar coma reactiu.

Nitrurs e azoturs 

Lei nitrurs son de compausats onte l'azòt es au nombre d'oxidacion -III. Fòrman una larga familha de substàncias car l'azòt pòu constituir de nitrurs ambé la quasi totalitat deis elements de la taula periodica. Pòdon èsser obtenguts gràcias a una reaccion de descomposicion d'un azotur, d'un amidur ò per deprotonacion de l'amoniac en preséncia d'un metau.

Leis azoturs son lei saus de l'acid azotidric HN3. Son de produchs oxidants, corrosius e explosius. Per exemple, l'azotur de sòdi vèn explosiu a partir de 275°C e libera une gròssa quantitat de diazòt. Aquela proprietat es utilizada per gonflar rapidament leis airbags de veitura.

Idrurs 

L'azòt pòu formar d'idrurs que certanei son de reactius fòrça importants de l'industria quimica modèrna coma l'acid azotidric HN3 e l'idrazina N2H4. Son generalament obtengudas gràcias a una reaccion onte l'amoniac tèn lo ròtle d'acid feble. Pasmens, lo compausat pus important d'aquela familha d'aquela familha es l'amoniac NH3. D'efèct, amb una produccion estimada a 122 milions de tonas en 2006, es una substància fondamentala que permet de fabricar d'engrais, d'explosius e de polimèrs.

Alogenuras e oxoalogenuras 

L'azòt pòu constituir de trialogenuras ambé lo fluor, lo clòr, lo bròme. Totei lei trialogenuras simples e plusors pus complèxs existisson coma lo tetrafluoroidrazina N2F4. Aquelei compausats son generalament fòrça instables e oxidants. Plusors d'entre elei son ansin utilizats coma explosius ò coma carburant de fusada. 

Leis oxoalogenuras son pus estables. Dos ensems principaus d'aquelei moleculas son coneguts : lei XNO e lei XNO2. Lei premiers son de gas fòrça reactius que son generalament produchs a partir d'una reaccion implicant d'oxids d'azòt. Gaire estables, presentan pereu de proprietats explosivas e certanei son utilizats coma carburant d'energia auta. Pasmens, d'autrei pòdon servir d'agents d'alogenacion (fluorur de nitril NO2) ò de solvent ionizant (clorur de nitrosil NOCl).

Oxids 

Nòu oxids d'azòts son coneguts a l'ora d'ara (uech que son naturaus e un qu'es artificiau). Totei son instables e pòdon subir una descomposicion termica que dòna de dioxigèn e de diazòt. Entre lei principaus, se fau citar lo protoxid d'azòt N2O qu'es famós per sei proprietats de gas ilarant. Pasmens, pòu tanben èsser utilizat coma gas propulsor e foguèt lòngtemps un anestesic d'usatge frequent. Lo monoxid d'azòt NO es una molecula importanta per mai d'un procès fisiologic. Lo dioxid d'azòt es un gas corrosiu e toxic que tèn una color bruna caracteristica. Enfin, lo pentoxid de diazòt N2O5 es un oxidant fòrça reactiu qu'es un intermediari dins la fabricacion de plusors explosius azotats.

Oxoacids 

Plusors oxoacids azotats son coneguts. Dins aquò, son generalament de compausats instables que son utilizats sota la forma de solucion aquosa ò de sau. Per exemple, es lo cas de l'acid nitric HNO3 qu'es un acid fòrt (pKa = -1,4), de l'acid nitrós HNO2 qu'es un acid feble (pKa = 3,4) ò de l'acid iponitrós H2N2O2 qu'es un diacid feble (pKa1 = 6,9 e pKa2 = 11,6). Ambé sei basas conjugadas ò seis ions, especialament seis anions azotats, son utilizats :
 per sei proprietats acidas.
 per sei proprietats d'oxidants ò de reductors.
 per sei proprietats de complexacion.

L'acid nitric, descubèrt a la fin dau sègle VIII per l'alquimista Jabir Ibn Hayyan (vèrs 721-815), es un dei produchs pus utilizats per l'industria quimica modèrna amb una produccion anuala estimada a 60 milions de tonas pendent leis ans 2010. Es utilizat per fabricar d'explosius, de carburants de fusada, de polimèrs e de compausats organics especiaus. A pereu d'aplicacions en metallurgia e en microelectronica car pòu reagir ambé totei lei metaus levat d'aur, d'iridi e de platin. Dins lo corrent dau sègle XIX, permetiá tanben de conservar la carn.

Compausats organics 

L'azòt es un deis elements pus importants de la quimia organica. D'efèct, fa partida de plusors gros foncionaus coma leis amidas RCONR2, leis aminas R3N, leis iminas RC(=NH)R, leis imidas (RCO)2NR, leis azidas RN3, lei cianats ROCN, leis isocianats RCNO, lei nitrats RONO2, lei nitrils RCN, leis isonitrils RNC, lei nitrits RONO, lei compausats nitro RNO2, lei compausats nitroso RNO, leis oxims RCR=NOH, lei compausats azo RN=NR e lei derivats de la piridina. En particular, l'azòt a un ròtle indispensable dins lei reaccions quimicas dau vivent qu'es un constituent deis acids nucleïcs e, donc, de l'ADN ò dei proteïnas.

Produccion

Procès Frank-Caro 

Desvolopat entre 1895 e 1899 per Adolph Frank (1834-1916) e Nikodem Caro (1871-1935), lo procès Frank-Caro èra totjorn utilizat au començament dau sègle XXI. Permet de produrre de cianamid de calci CaCN2 gràcias a una reaccion entre lo carbur de calci CaC2 e lo diazòt N2 gasós de l'atmosfèra. Aqueu procès necessita d'agantar una temperatura d'au mens °C e se debana dins una sèrva sarrada :
CaC2 + N2 → CaCN2 + C
Lo cianamid de calci es utilizat coma engrais que se descompausa en preséncia d'aiga per formar d'amoniac.

Procès Birkeland-Eyde 

Desvolopat en 1903, lo procès Birkeland-Eyde utiliza d'arcs electrics per fixar l'azòt atmosfèric e l'utilizar per produrre de monoxid d'azòt qu'es un precursor deis engrais azotats. La temperatura i aganta °C, çò qu'entraïna una reaccion entre l'oxigèn e l'azòt que se combinan per formar de monoxid d'azòt. Refrejat, aqueu gas vèn de  dioxid d'azòt que permet d'obtenir, en preséncia d'aiga, d'acid nitric :
N2 + O2 → 2 NO
2 NO + O2 → 2 NO2
3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO
Aqueu metòde consumava una gròssa quantitat d'electricitat e leis installacions l'utilizant se concentrèron dins lei regions amb un important potenciau idroelectric, principalament Norvègia. Pasmens, lo còst demorava important e lo procès Birkeland-Eyde foguèt donc rapidament remplaçat per lei procès Haber-Bosch e Ostwald e dispareguèt avans la Segonda Guèrra Mondiala.

Procès Haber-Bosch 

Lo procès Haber-Bosch foguèt més au ponch entre 1908 e 1913 per leis Alemands Fritz Haber (1868-1934) e Carl Bosch (1874-1940) que trabalhavan per la companhiá BASF. Consistís a favorizar la formacion d'amoniac segon la reaccion seguenta :
N2(g) + 3 H2(g) ⇌ 2 NH3(g) + ΔH
L'amoniac permet la produccion d'engrais. Pasmens, dins lo corrent de la Premiera Guèrra Mondiala, Alemanha l'utilizèt pereu per fabricar d'explosius. Après la guèrra, lo brevet foguèt sasit per lei venceires e lo procès se difusèt largament. Es totjorn fòrça utilizat a l'ora d'ara e, per exemple, permetèt la produccion de 137 milions de tonas d'amoniac en 2012. Son bòn foncionament es generalament realizat segon quatre etapas :
 lo reformatge que permet de produrre lo diidrogèn necessari a partir de gas naturau (principalament de metan). Aquela etapa necessita d'eliminar lo sofre qu'es un poison dei catalisaires utilizats e lo monoxid de carbòni eissit de la transformacion de metan. Per lo premier, aquò es sovent fach amb un procès de purificacion de metan en amont. Per lo segond, se realiza una tiera de reaccions ambé d'aiga que permèton de transformar lo metan en dioxid de carbòni e en diidrogèn.
 la sintèsi que necessita d'introdurre lei reactius dins una sèrva. La pression dèu se situar entre 15 e 25 MPa e la temperatura entre 300 e 550°C. Lei reactius circulan entre quatre liechs de catalisaires e son reciclats car un passatge unic permet pas una reaccion totala.
 l'extraccion de l'amoniac produch dins la sèrva e sa separacion dei reactius, generalament per liquefaccion. Lei reactius son alora tornats dirigir vèrs lo reactor.
 lo reciclatge de la calor eissida de la reaccion.

Procès Ostwald 

Brevetat en 1902 per Wilhelm Ostwald (1853-1932), lo procès Ostwald es basat sus una reaccion de combustion contraròtlada d'amoniac gasós. Aquò permet sa transformacion en oxid nitric puei en peroxid d'azòt e, fin finala, en acid nitric après umidificacion :
 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O
 4 NO + 2 O2→ 4 NO2
 4 NO2 + 2 H2O + O2 → 4 HNO3
Segon leis installacions, la temperatura varia entre 230°C e 850°C e la pression entre 4 e 10 atm. Un catalisaire de platin es egalament necessari. L'aiga utilizada durant la darriera etapa dau procès pòu èsser introducha sota forma liquida ò gasòsa.

Aqueu procès es sovent utilizat a la seguida dau procès Haber-Bosch que permet de provesir l'amoniac necessari. L'acid nitric es una matèria premiera fòrça importanta de l'industria quimica modèrna amb aperaquí 60 milions de tonas produchas en 2011.

Produccion de diazòt 

La produccion industriala de diazòt es obtenguda gràcias a una destillacion fraccionada de l'èr liquid ò gràcias a de procès mecanics basats sus lei principis de l'osmòsi e de l'adsorpcion. En laboratòri, lo diazòt es sovent produch a partir d'una reaccion entre una solucion de clorur d'ammòni NH4Cl e una autra de nitrit de sòdi NaNO2 :
NH4Cl + NaNO2 → N2 + NaCl + 2 H2O
Pasmens, dins lo corrent d'aquela reaccion, se fòrma de pichonei quantitats d'impuretats (monoxid d'azòt e acid nitric). S'es necessari, pòdon èsser eliminadas amb un filtre constituida d'una solucion d'acid sulfuric e de dicromat de potassi.

Liames intèrnes 

 Element quimic.

Bibliografia

Nòtas e referéncias 

Element quimic