Oxydes d’azote

OXYDES D’AZOTE

« Oxydes d’azote » est une appellation générale de même que la formule NO_x 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.

Tableau 1

Valence de l’azote	Formule	Appellation		État
+1	N₂O	Protoxyde d’azote (gaz hilarant)		gazeux
+2	NO	Monoxyde d’azote	Réaction rapide avec des traces d’O₂; on obtient 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 (roux)
+4	N₂O₄	Tétroxyde de diazote	Anhydride mixte d’acide nitreux et d’acide nitrique (dismutation)	Liquide jaune (20°C)
+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 NO₂ de couleur rousse qui, à son tour, se dimérise en tétroxyde de diazote N₂O₄ incolore.

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.

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 20^e 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.

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).

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)

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. Cependant, la trinitrine (trinitroglycérol) dont la conversion métabolique en monoxyde d'azote NO provoque une vasodilatation des artères notamment cardiaques est utilisée pour traiter l'angine de poitrine ; il en est de même pour le pentacyanonitrosylferrate de sodium. Le monoxyde d'azote est également utilisé à très faible concentration dans un mélange air/oxygène, inhalé, pour traiter l'hypertension artérielle pulmonaire néonatale.

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

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