Les valences de l'azote allant de -3 sous forme d'ammoniac et d'amines, au +5 et d'acide nitrique (Tyagi, 2009). Cet élément ne développe pas les valences comme les autres.
L'atome d'azote est un élément chimique de numéro atomique 7 et le premier élément du groupe 15 (anciennement VA) du tableau périodique. Le groupe comprend l'azote (N), le phosphore (P), l'arsenic (As), l'antimoine (Sb), le bismuth (Bi) et le moscovium (Mc).
Figure 1: diagramme de Bohr de l'atome d'azote.
Les éléments partagent certaines similitudes générales dans le comportement chimique, bien qu'ils soient clairement différenciés les uns des autres chimiquement. Ces similitudes reflètent les caractéristiques communes des structures électroniques de leurs atomes (Sanderson, 2016).
L'azote est présent dans presque toutes les protéines et joue un rôle important dans les applications biochimiques et industrielles. L'azote forme des liaisons fortes en raison de sa capacité à triple liaison avec un autre atome d'azote et d'autres éléments.
Par conséquent, il y a une grande quantité d'énergie dans les composés azotés. Avant il y a 100 ans, on en savait peu sur l'azote. Aujourd'hui, l'azote est couramment utilisé pour conserver les aliments et comme engrais (Wandell, 2016).
Configuration électronique et valences
Dans un atome, les électrons remplissent les différents niveaux en fonction de leurs énergies. Les premiers électrons remplissent les niveaux d'énergie inférieurs puis passent à un niveau d'énergie supérieur.
Le niveau d'énergie le plus externe dans un atome est connu sous le nom de coquille de valence et les électrons placés dans cette coquille sont appelés électrons de valence.
Ces électrons se trouvent principalement dans la formation de liaisons et la réaction chimique avec d'autres atomes. Par conséquent, les électrons de valence sont responsables de différentes propriétés chimiques et physiques d'un élément (électrons de valence, SF).
L'azote, comme mentionné précédemment, a un numéro atomique de Z = 7. Cela implique que son remplissage d'électrons dans leurs niveaux d'énergie, ou configuration électronique, est 1S 2 2S 2 2P 3.
Il faut se rappeler que dans la nature, les atomes cherchent toujours à avoir la configuration électronique des gaz rares, soit en gagnant, perdant ou partageant des électrons.
Dans le cas de l'azote, le gaz rare qui cherche à avoir une configuration électronique est le néon, dont le numéro atomique est Z = 10 (1S 2 2S 2 2P 6) et l'hélium, dont le numéro atomique est Z = 2 (1S 2) (Reusch, 2013).
Les différentes manières dont l'azote se combine lui donneront sa valence (ou son état d'oxydation). Dans le cas spécifique de l'azote, parce qu'il est dans la deuxième période du tableau périodique, il est incapable d'étendre sa couche de valence comme le font les autres éléments de son groupe.
Il devrait avoir des valences de -3, +3 et +5. Cependant, l'azote a des états de valence allant de -3, comme dans l'ammoniac et les amines, à +5, comme dans l'acide nitrique. (Tyagi, 2009).
La théorie des liaisons de valence permet d'expliquer la formation des composés, selon la configuration électronique de l'azote pour un état d'oxydation donné. Pour cela, il est nécessaire de prendre en compte le nombre d'électrons dans la coquille de valence et combien il en reste pour acquérir une configuration de gaz rares.
Composés azotés
Figure 2: structure de l'azote moléculaire de valence 0.
Compte tenu de son grand nombre d'états d'oxydation, l'azote peut former un grand nombre de composés. Dans un premier temps, il faut se rappeler que dans le cas de l'azote moléculaire, sa valence est par définition égale à 0.
L'état d'oxydation de -3 est l'un des plus courants pour l'élément. Des exemples de composés avec cet état d'oxydation sont l'ammoniac (NH3), les amines (R3N), l'ion ammonium (NH 4 +), les imines (C = NR) et les nitriles (C = N).
Dans l'état d'oxydation -2, l'azote se retrouve avec 7 électrons dans sa couche de valence. Ce nombre impair d'électrons dans la coquille de valence explique pourquoi les composés avec cet état d'oxydation ont une liaison de pont entre deux azotes. Des exemples de composés avec cet état d'oxydation sont les hydrazines (R 2 -NNR 2) et les hydrazones (C = NNR 2).
Dans l'état d'oxydation -1, l'azote est laissé avec 6 électrons dans la couche de valence. Des exemples de composés azotés avec cette valence sont l'hydroxylamine (R 2 NOH) et les composés azo (RN = NR).
Dans les états d'oxydation positifs, l'azote est généralement attaché aux atomes d'oxygène pour former des oxydes, des oxysels ou des oxydes. Dans le cas de l'état d'oxydation +1, l'azote a 4 électrons dans sa coquille de valence.
Des exemples de composés avec cette valence sont l'oxyde de diazote ou le gaz hilarant (N 2 O) et les composés nitroso (R = NO) (Reusch, Oxidation States of Nitrogen, 2015).
Pour le cas de l'état d'oxydation de +2, un exemple est l'oxyde d'azote ou l'oxyde nitrique (NO), un gaz incolore produit par la réaction de métaux avec de l'acide nitrique dilué. Ce composé est un radical libre extrêmement instable car il réagit avec l'O 2 dans l'air pour former du gaz NO 2.
Le nitrite (NO 2 -) en solution basique et l'acide nitreux (HNO 2) en solution acide sont des exemples de composés avec un état d'oxydation +3. Ceux-ci peuvent être des agents oxydants pour produire normalement du NO (g) ou des agents réducteurs pour former l'ion nitrate.
Le trioxyde de diazote (N 2 O 3) et le groupe nitro (R-NO 2) sont d'autres exemples de composés azotés de valence +3.
Le dioxyde d'azote (NO 2) ou dioxyde d'azote est un composé azoté de valence +4. C'est un gaz brun généralement produit par la réaction d'acide nitrique concentré avec de nombreux métaux. Dimérise pour former N 2 O 4.
Dans l'état +5, on trouve des nitrates et de l'acide nitrique qui sont des agents oxydants dans les solutions acides. Dans ce cas, l'azote a 2 électrons dans la coquille de valence, qui sont dans l'orbitale 2S. (États d'oxydation de l'azote, SF).
Il existe également des composés tels que le nitrosilazide et le trioxyde de diazote où l'azote a divers états d'oxydation dans la molécule. Dans le cas du nitrosilazide (N 4 O), l'azote a une valence de -1, 0, + 1 et +2; et dans le cas du trioxyde de diazote, il a une valence de +2 et +4.
Nomenclature des composés azotés
Compte tenu de la complexité de la chimie des composés azotés, la nomenclature traditionnelle ne suffisait pas à les nommer, encore moins à les identifier correctement. C'est pourquoi, entre autres raisons, l'Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA) a créé une nomenclature systématique où les composés sont nommés en fonction du nombre d'atomes qu'ils contiennent.
Ceci est bénéfique lorsqu'il s'agit de nommer les oxydes d'azote. Par exemple, l'oxyde nitrique serait appelé monoxyde d'azote et monoxyde d'azote (NO) monoxyde d'azote (N 2 O).
De plus, en 1919, le chimiste allemand Alfred Stock a développé une méthode pour nommer les composés chimiques en fonction de l'état d'oxydation, qui est écrit en chiffres romains entre parenthèses. Ainsi, par exemple, l'oxyde nitrique et l'oxyde nitreux seraient appelés respectivement oxyde d'azote (II) et oxyde d'azote (I) (IUPAC, 2005).
Références
- (2005). NOMENCLATURE DE LA CHIMIE INORGANIQUE IUPAC Recommendations 2005. Récupéré de iupac.org.
- États d'oxydation de l'azote. (SF). Récupéré de kpu.ca.
- Reusch, W. (5 mai 2013). Configurations électroniques dans le tableau périodique. Récupéré de chemistry.msu.edu.
- Reusch, W. (8 août 2015). États d'oxydation de l'azote. Récupéré de chem.libretexts.org.
- Sanderson, RT (12 décembre 2016). Élément du groupe azote. Récupéré de britannica.com.
- Tyagi, vice-président (2009). Chimie essentielle Xii. Nouveau Deli: Ratna Sagar.
- Électrons de valence. (SF). Récupéré de chemistry.tutorvista.com.
- Wandell, A. (13 décembre 2016). Chimie de l'azote. Récupéré de chem.libretexts.org.