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Mais qu'est-ce que c'est exactement ? Nous allons ici plonger dans sa structure et sa formule pour discuter de certaines de ses propriétés et de ses effets biologiques. Tu verras ensuite comment sa structure se prête à l'obtention de ces propriétés.
- Cet article est consacré à l' oxyde nitreux.
- Toutd'abord, nous verrons la formule de l'oxyde nitreux et la détermination de sa structure de Lewis.
- Ensuite, les propriétés chimiques et physiques de la molécule.
- Ensuite, nous analyserons les utilisations du gaz dans de nombreux domaines.
- Pour finir, nous verrons ses effets biologiques.
Définition de l'oxyde nitreux
Nous allons parler ici de quelques faits connus sur le protoxyde d'azote, et de ce pour quoi il est connu. Qu'est-ce que le protoxyde d'azote ?
Leprotoxyde d'azote, connu chimiquement sous le nom de monoxyde d'azote, est un gaz incolore à l'odeur douceâtre. La formule chimique du protoxyde d'azote est N2O.
Tu as peut-être déjà entendu parler du "gaz hilarant", et il sera intéressant pour toi de savoir que ce terme fait souvent référence au protoxyde d'azote. En fait, les deux termes sont souvent utilisés de façon interchangeable.
Le terme "gaz hilarant" a été appelé ainsi en raison de ses utilisations médicales et de ses effets euphorisants lorsqu'il est inhalé. Auparavant, il était couramment utilisé comme sédatif pendant les opérations chirurgicales et autres interventions sur les patients.
Pour présenter brièvement ce gaz, il convient de mentionner qu'il est inerte. De nombreux oxydes forment des solutions acides ou basiques et des sels lorsqu'ils sont dissous dans l'eau, mais pas le protoxyde d'azote. Cela fait du protoxyde d'azote un oxyde très intéressant qui reste inerte dans différentes conditions, ce qui donne lieu à ses nombreuses utilisations. Nous reviendrons plus loin sur les propriétés de la molécule.
Formule et structure de l'oxyde nitreux
Nous allons aborder ici la formule chimique et les propriétés structurelles du protoxyde d'azote. Nous aborderons d'abord la formule de l'oxyde inorganique, puis la structure de lewis du composé.
Formule
La formule de l'oxyde nitreux est N2O. Mais qu'est-ce que cela signifie pour la structure de la molécule ?
Puisque dans la formule du composé, il y a deux atomes d'azote et un seul atome d'oxygène, il peut y avoir un certain nombre de possibilités pour que ces atomes substituants puissent s'assembler potentiellement. Pourtant, il n'y a qu'une seule structure qui soit valable dans les cadres de la chimie.
Structure de Lewis
Nous allons discuter ici de la structure de Lewis de l'oxyde nitreux et de la façon dont nous arrivons aux structures qui sont représentatives des structures électroniques de la molécule.
Nous savons donc que la molécule possède deux atomes d'azote et un atome d'oxygène.
Il existe deux possibilités pour écrire la structure de l'oxyde nitreux. La forme NNO dans laquelle l'un des nitrogènes forme l'atome central flanqué du deuxième azote et de l'oxygène de part et d'autre. L'autre façon d'écrire est la forme NON où l'oxygène est l'atome central flanqué des nitrogènes de part et d'autre.
Des deux structures, la forme NNO est considérée comme plus stable et favorisée. La raison en est la charge formelle de l'oxygène. L'atome le plus électronégatif doit porter une charge négative ou du moins être moins positif. Dans le protoxyde d'azote, l'atome d'oxygène est l'atome le plus électronégatif. Lorsque nous écrivons une structure dans laquelle l'atome central est l'oxygène, l'atome d'oxygène porte une charge +2, ce qui n'est pas favorable et la molécule ne sera pas stable. Où que tu observes en chimie, toutes les molécules, tous les atomes et tous les ions visent la stabilité et favorisent les conditions qui les conduisent à la stabilité. Par conséquent, la non-structure n'est pas stable. Examinons les deux possibilités pour mieux comprendre.
Une autre explication probable de la stabilité de la structure NNO est l'ordre des liaisons. Plus l'ordre des liaisons est élevé, plus la stabilité est grande. L'ordre des liaisons N-N est de 2,5 (presque 3) tandis que l'ordre des liaisons N-O est de 1,6 (presque 2). La structure qui comporte des liaisons N-N est favorisée, d'où la possibilité de NNO. (Remarque : compare avec la triple liaison qui est plus forte que la double liaison qui est plus forte que la simple liaison. La triple liaison a un ordre de liaison de 3, la double liaison de 2 et la simple liaison de 1, d'où l'ordre de stabilité).
Fig. 1 : Les possibilités NON et NNO-, Oxyde nitreux, Archana Tadimeti, StudySmarter Originals
Pour comprendre comment les charges formelles sont calculées, dirige-toi vers cet article sur la charge formelle.
Si nous plaçons l'azote comme atome central, puis l'oxygène d'un côté et l'autre azote de l'autre côté de l'atome central, nous pouvons commencer à créer des structures de liaison.
La première chose à faire est de dessiner la forme des électrons de chaque atome, puis de commencer à créer des liaisons covalentes.
Rappelle-toi que les liaisons covalentes sont des liaisons où les électrons sont partagés, donc à partir des structures en points, deux points devront constituer une seule liaison.
L'oxyde nitreux peut exister sous trois formes différentes. Parmi les trois, la structure A est la plus favorisée (principal contributeur)[1] en raison de la faible ampleur des charges sur les atomes et surtout, la charge négative se trouve sur l'atome le plus électronégatif (l'oxygène) de la structure. Un atome électronégatif manipule la charge négative avec facilité. Par conséquent, tu peux écrire la structure A comme étant la structure de Lewis de l'oxyde nitreux lorsqu'on te le demandera à l'examen.
La structure C est moins favorisée en raison de l'importance des charges formelles et de la charge positive de l'oxygène électronégatif.
Lorsque tu écris les structures de Lewis de l'oxyde nitreux, il est important de mentionner les charges formelles de chaque atome. Pourquoi ?
Remarque la structure A, l'azote central forme 4 liaisons (une triple liaison avec l'autre N et une liaison simple avec l'oxygène). Or, l'azote ne peut former que 3 liaisons. Cela signifie donc que dans ce cas, l'azote a contribué à la formation de la liaison avec l'oxygène grâce à sa paire d'électrons solitaire. D'où la charge positive. Dans la même structure, l'oxygène porte une charge négative parce qu'il n'a pas formé les deux liaisons habituelles qu'il peut former. Une explication similaire est valable pour toutes les autres structures.
Par conséquent, si tu ne mentionnes pas les charges sur les atomes des structures suivantes, celles-ci pourraient ne pas être valides.
Fig. 2 : Structures de Lewis de l'oxyde nitreux, Archana Tadimeti, StudySmarter Originals
Il faut garder à l'esprit deux choses lorsqu'on écrit des structures de Lewis pour des espèces chimiques délicates comme celle de l'oxyde nitreux...
1. Une structure de Lewis avec la plus faible magnitude de charges formelles doit être choisie comme la structure la plus favorable
2. Si deux structures de Lewis ont la même ampleur de charges formelles, choisis celle qui a une charge négative sur l'atome le plus électronégatif.
En utilisant cette structure mais en déplaçant les électrons, on peut créer des structures de Lewis valables. Dans le diagramme ci-dessus, tu peux voir comment deux structures de Lewis valides différentes pour l'oxyde nitreux en déplaçant quelques électrons.
Une structure de Lewis valide pour l'oxyde nitreux (structure A) se compose d'un atome central sans paires solitaires et de quatre liaisons espacées de façon asymétrique. Cette asymétrie est due au fait que l'un des atomes périphériques est lié de façon simple, tandis que l'autre a une triple liaison avec l'atome central. Lorsque l'atome d'azote central a quatre liaisons autour de lui et aucune paire solitaire, la règle de l'octet (la tendance des atomes à avoir 8 électrons dans la coquille la plus externe) est satisfaite, ce qui crée une structure valide. Cela signifie que l'azote ou l'oxygène périphérique aura soit une liaison simple avec l'azote central et trois paires d'électrons solitaires, soit une liaison triple avec l'azote central et une seule paire d'électrons solitaires. Mais, comme nous l'avons vu précédemment, si la triple liaison se fait entre l'azote central et l'oxygène, l'oxygène aura une charge formelle positive, et ce n'est pas favorable.
Grâce à cette méthode, nous pouvons arriver à la structure acceptée de l'oxyde nitreux, qui existe dans trois conformations différentes, dont la structure A est la plus favorable. En utilisant les structures de points d'électrons et les principes des structures de Lewis, nous pouvons générer des structures appropriées et valides de l'oxyde nitreux.
Fig. 3_Fig. 3 : Oxyde nitreux, Archana Tadimeti, StudySmarter Originals
Propriétés de l'oxyde nitreux
Nous allons parler ici des propriétés du protoxyde d'azote. Celles-ci peuvent être divisées en propriétés physiques et chimiques de la molécule, qui découlent toutes de la structure du protoxyde d'azote, ainsi que de la façon dont les molécules de N2Ointeragissent entre elles.
Propriétés physiques
Les propriétés physiques du protoxyde d'azote peuvent être expliquées à partir des interactions moléculaires.
Le protoxyde d'azote est un gaz à température ambiante et à pression normale. Cela est dû à la faiblesse des forces intermoléculaires. L'oxyde nitreux ne possède pas de liaison hydrogène et les interactions de VanderWaal existent à l'état liquide. Cependant, l'oxyde nitreux peut être liquéfié lorsqu'il est soumis à des pressions élevées et à des températures basses.
La raison pour laquelle certains composés existent sous forme de gaz est due à la faiblesse des forces intermoléculaires.
- Le protoxyde d'azote est 1,5 fois plus dense que l'air. Son poids moléculaire est de 44g/mol.
- Il est inerte, neutre et assez soluble dans l'eau. C'est-à-dire que c'est un oxyde qui ne crée aucun environnement acide ou basique lorsqu'il est dissous dans l'eau.
- C'est un gaz incolore à l'odeur et au goût agréables.
Propriétés chimiques
Nous allons parler ici des propriétés chimiques du protoxyde d'azote.
À une température de 873 K, la molécule peut se décomposer en gaz d'azote et d'oxygène. La décomposition de l'oxyde nitreux est cruciale dans différents environnements chimiques, car il s'agit de l'un des gaz les plus importants contribuant au changement climatique.
L'oxyde nitreux n'est pas combustible, mais il favorise la combustion en présence d'oxygène.
L'oxyde nitreux est un puissant agent oxydant.
Le gaz hilarant est un gaz à effet de serre
Savais-tu que le protoxyde d'azote est un gaz à effet de serre et qu'il est plus puissant que le dioxyde de carbone ? En effet, l'oxyde nitreux peut rester plus longtemps dans l'atmosphère. L'oxyde nitreux est également responsable de l'appauvrissement de la couche d'ozone[4] et contribue à un phénomène connu sous le nom de forçage radioactif, qui consiste à piéger la chaleur du soleil et donc à réchauffer la terre.
Sources d'émission d'oxyde nitreux
Les sources anthropiques/anthropiques d'oxyde nitreux comprennent l'élevage (émissions provenant de la nourriture du bétail), les engrais synthétiques utilisés pour la production agricole, la combustion de combustibles fossiles, etc. Ces sources posent un sérieux défi à la réduction des émissions d'oxyde nitreux, car l'agriculture est au cœur de l'existence humaine. Le monde peut-il survivre sans elles ?
C'est difficile, mais pas impossible. Comment pouvons-nous contribuer à sauver la Terre des émissions d'oxyde nitreux ?
En réduisant l'utilisation d'engrais à base d'azote et en utilisant d'autres types d'engrais à la place.
Inhibiteurs d'uréase: L'uréase décompose l'urée, l'engrais azoté, en ammoniac, ce qui entraîne un gaspillage et rend nécessaire l'utilisation de l'urée excédentaire. L'utilisation accrue d'urée entraîne des niveaux élevés de production d'oxyde nitreux. Ainsi, pour tirer le meilleur parti d'une petite quantité d'urée, on utilise en Nouvelle-Zélande[2] des inhibiteurs d'uréase qui empêchent la production d'uréase. Par conséquent, l'urée utilisée sera consommée au maximum sans aucun gaspillage, ce qui minimisera le besoin d'urée supplémentaire.
Agriculture de précision: Grâce aux technologies de l'information, les agriculteurs peuvent prendre des décisions éclairées sur le moment et l'endroit où l'engrais est nécessaire[3]. Cette agriculture basée sur les dernières technologies permet d'augmenter la production des cultures et d'améliorer l'efficacité et l'efficience des engrais, ce qui nous aide à n'utiliser que la quantité nécessaire[3].
" La plus grande menace qui pèse sur notre planète est la croyance que quelqu'un d'autre la sauvera. "
-RobertSwan
Faisons notre part pour la planète en tant qu'enseignants, scientifiques, ingénieurs, agriculteurs et êtres humains. La science est un outil puissant qui a le potentiel de changer le monde. Pense à la façon dont tu peux avoir un impact positif sur le monde grâce à ton enseignement des sciences.
Effets de l'oxyde nitreux
L'oxyde nitreux a des effets biologiques néfastes sur le corps humain. Il peut provoquer des dommages moléculaires dans les cellules et entraîner des mutations dans l'ADN. Cela entraîne souvent des troubles mentaux.
Il peut également avoir d'autres conséquences biomédicales sur l'organisme, telles qu'une carence en oxygène et un appauvrissement en vitamine B12. Il peut avoir des effets "euphorisants" et une sensation d'anxiété.
Le protoxyde d'azote est également connu pour avoir un impact négatif sur le système immunitaire humain.
Utilisations de l'oxyde nitreux
L'oxyde nitreux a un large éventail d'applications dans diverses industries. Tu trouveras ci-dessous une liste des utilisations les plus courantes de l'oxyde nitreux.
| Industrie | Application de l'oxyde nitreux |
| Médecine humaine et vétérinaire | Anesthésie |
| Médecine dentaire | L'anesthésie combinée à l'oxygènesoulage la douleur et l'anxiété. |
| Alimentation | Propulseur d'aérosol/ agent moussant pour la crème fouettée. |
| Chimie | Synthèse de composés organiques à base d'azote comme les colorants azoïques |
| Technologie aérospatiale | Combustible pour fusée |
Tableau 1 : Quelques applications de l'oxyde nitreux dans l'industrie.
En dépassant les utilisations de l'oxyde nitreux, ainsi qu'en connaissant la formule et les structures que la molécule adopte, tu devrais être bien équipé pour appréhender pleinement ce sujet. Tu peux maintenant dire aux gens ce qu'est vraiment le gaz hilarant, ainsi que toutes ses applications et ses impacts.
Oxyde nitreux - Points clés
- La formule de l'oxyde nitreux est N2O.
- La structure de Lewis comporte un atome central, l'azote, qui possède 4 liaisons et aucune paire solitaire.
- Les interactions intermoléculaires sont faibles, ce qui en fait un gaz.
- Parmi ses propriétés chimiques, il est inerte et se décompose violemment à haute température.
- Il est principalement utilisé dans l'industrie médicale, mais il a aussi des effets secondaires biologiques.
Références
- https://chemistry.stackexchange.com/questions/29657/what-are-the-correct-resonance-structures-of-nitrous-oxide
- https://www.agmatters.nz/actions/reduce-nitrogen-fertiliser/
- https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/precision-agriculture
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2015AGUFM.B14A..01R/abstract
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