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Les oxydes d'azote sont un groupe de gaz, composés uniquement d'atomes d'azote et d'oxygène. Ces gaz sont des polluants qui contribuent au réchauffement de la planète et affectent la santé humaine. Si tu veux en savoir plus sur l'origine de ces gaz et sur les effets qu'ils ont sur la planète, lis la suite !
Oxydes d'azote : Signification
Commençons par une définition.
Les oxydes d'azote sont un groupe de gaz très réactifs composés d'azote et d'oxygène.
Les oxydes d'azote comprennent :
le dioxyde d'azote (NO2)
Le monoxyde d'azote (NO)
L'oxyde nitreux (N2O)
Le pentoxyde d'azote (N2O5)
Oxydes d'azote : Structure
Le dioxyde d'azote et le monoxyde d'azote sont les gaz les plus importants de ce groupe sur le plan toxicologique, c'est pourquoi nous allons nous concentrer sur leur structure.
La formule NOx désigne à la fois le dioxyde d'azote et le monoxyde d'azote.
Dioxyde d'azote (NO2)
Le NO2 est un composé covalent. Il est composé d'un atome d'azote central et de deux atomes d'oxygène.
L'un des atomes d'oxygène est lié à l'azote, l'autre est lié à l'oxygène.
O=N-O
Monoxyde d'azote (NO)
Le monoxyde d'azote est composé d'un atome d'azote et de deux atomes d'oxygène. La molécule est un radical libre - les atomes partagent une double liaison, mais l'azote possède un électron non apparié (indiqué par un point).
O=N-
Lesradicaux libres sont des atomes ou des molécules possédant au moins un électron non apparié.
En raison de leur électron non apparié, les radicaux libres sont très instables et réactifs. Les radicaux libres affectent la santé humaine - ils décomposent les cellules au fil du temps. En vieillissant, le corps perd sa capacité à combattre les radicaux libres, ce qui entraîne un stress oxydatif.
Lestress oxydatif est le déséquilibre entre les radicaux libres et les antioxydants (molécules qui combattent les radicaux libres).
Le stress oxydatif entraîne des dommages cellulaires, des processus dégénératifs et le vieillissement.
Exemples d'oxydes d'azote
Plus tôt, nous avons entendu parler de quatre gaz différents qui sont classés comme des oxydes d'azote. Découvrons plus en détail chacun d'entre eux.
| Propriétés | Dioxyde d'azote | Monoxyde d'azote | Oxyde nitreux | Pentoxyde d'azote |
| Formule chimique | NO2 | NO | N2O | N2O5 |
| Caractéristiques | Gaz brun rougeâtre à l'odeur désagréable | Gaz incolore à l'odeur douce | Gaz incolore au goût sucré | Gaz incolore |
| Point d'ébullition | 21.15°C | -151.8°C | -88.5°C | 47.0°C |
| Utilisations | Synthèse de l'acide nitrique, carburant pour fusées, production d'explosifs | Intermédiaire de la chimie industrielle, molécule de signalisation des mammifères | Anesthésique (souvent utilisé à des fins récréatives), propulseur, agent moussant | Chloroforme, production d'explosifs |
| Risques | L'inhalation entraîne des troubles respiratoires et une inflammation des voies respiratoires | L'inhalation entraîne des troubles respiratoires et un stress oxydatif | L'inhalation provoque des vertiges, une perte de conscience et même la mort. | Hautement explosif |
Causes des oxydes d'azote
D'où viennent les oxydes d'azote ?
Sources naturelles
La majorité des NOx sont produits naturellement. Les sources comprennent :
Les éruptions volcaniques
La décomposition biologique
Activité microbienne dans l'océan
Les éclairs
Comment les éclairs produisent-ils des NOx?
Le cœur des éclairs peut atteindre une température proche de 30 000 ºC - si chaude qu'elle peut briser les molécules d'oxygène et d'azote. Le réchauffement et le refroidissement rapides de l'oxygène et de l'azote produisent des molécules de monoxyde d'azote (NO). Plus tard, le NO se combine avec l'oxygène pour créer le NO2.
Figure 1 : Les scientifiques ont estimé que les éclairs produisent 10 % des NOx dans l'atmosphère. unsplash
Processus de combustion
Les combustibles hydrocarbures sont brûlés dans des moteurs chauds. Dans ces conditions de chaleur, généralement entre 75 et 105 ºC, les molécules d'azote et d'oxygène de l'air se combinent pour former du monoxyde d'azote.
N2 + O2 → 2NO
Lorsque le monoxyde d'azote s'échappe des pots d'échappement des véhicules ou des cheminées d'évacuation, il réagit avec l'oxygène de l'air pour former du dioxyde d'azote.
2NO + O2 → 2NO2
Figure 2 : Les centrales électriques à combustibles fossiles brûlent des hydrocarbures, ce qui entraîne une pollution par les NOx. unsplash
Utilisation d'engrais
Les agriculteurs ajoutent des engrais chimiques à leurs cultures. Les engrais contiennent des nutriments importants pour les plantes, tels que l'azote, le phosphore et le potassium. Les plantes ont besoin de ces nutriments pour se développer et fonctionner efficacement.
Les engrais contiennent de l'azote parce que les plantes l'utilisent pour produire de la chlorophylle.
Lachlorophylle est un pigment vert qui absorbe l'énergie lumineuse pour la photosynthèse.
Sans azote et sans chlorophylle, les plantes ne peuvent pas pousser.
L'utilisation d'une trop grande quantité d'engrais entraîne un excès de matière organique riche en azote dans le sol. Les microbes qui se nourrissent de l'excès de matière nitrique produisent de grandes quantités deNOx, ce qui pollue l'air.
L'utilisation d'engrais n'entraîne pas seulement une pollution par les NOx. L'excès d'engrais s'écoule dans les cours d'eau et provoque l'eutrophisation.
L'eutrophisation est la richesse excessive en nutriments d'une masse d'eau.
L'eutrophisation entraîne une prolifération d'algues. L'excès d'algues limite la photosynthèse ailleurs dans l'eau, laissant des "zones mortes" anaérobies en dessous.
Les effets des oxydes d'azote
Les oxydes d'azote sont des polluants qui affectent l'environnement et la santé humaine.
Changement climatique mondial
Le dioxyde d'azote est le troisième gaz à effet de serre le plus puissant, il emprisonne la chaleur dans l'atmosphère et contribue au changement climatique mondial.
De plus, les NOx détruisent l'ozone stratosphérique. La couche d'ozone joue un rôle essentiel dans la protection de notre planète contre les rayons UV nocifs. Sans elle, les rayons UV tueraient les plantes et endommageraient l'ADN des organismes vivants.
Pluie acide
Les oxydes d'azote contribuent aux pluies acides. Lorsqu'ils réagissent avec l'eau et l'air, ils forment de l'acide nitrique (HNO3). L'acide nitrique se mélange à l'eau et tombe sur le sol sous forme de pluies acides. Les conséquences comprennent les dommages causés aux forêts et l'érosion des structures physiques.
Smogs photochimiques
Lapollution par les NOx contribue à la formation de smogs photochimiques.
Lessmogs photo chimiques sont un type de smog produit lorsque la lumière UV réagit avec les oxydes d'azote et d'autres produits chimiques présents dans l'atmosphère.
Les smogs photochimiques sont visibles sous la forme d'une brume brune. Ils sont plus fréquents dans les régions chaudes et densément peuplées.
Les villes sujettes aux smogs photochimiques sont notamment Los Angeles, Sydney et Mexico.
Les smogs aggravent les maladies respiratoires et affectent la visibilité.
Figure 3 : Un smog photochimique à Hong Kong. unsplash
Problèmes de santé
L'exposition à court terme aux oxydes d'azote entraîne des symptômes tels que des maux de tête, une irritation des yeux et du bruit, des difficultés respiratoires et des douleurs abdominales. Une exposition à long terme peut provoquer de l' asthme et d'autres troubles respiratoires.
L'exposition à des concentrations très élevées de NOx peut avoir un impact sur la fertilité, nuire au développement des fœtus et même causer la mort.
Contrôler les oxydes d'azote
Comment pouvons-nous empêcher les NOx d'avoir un impact sur l'environnement et les organismes vivants ? Il existe trois méthodes principales: les convertisseurs catalytiques, les pulvérisations d'urée et la gestion de l'utilisation des engrais.
Convertisseurs catalytiques
Les convertisseurs catalytiques sont installés dans les moteurs de voiture pour réduire les émissions nocives telles que le NOx, le monoxyde de carbone et les particules.
Les convertisseurs utilisent des réactions d'oxydoréduction pour réduire les émissions nocives.
Les réactions d'oxydoréduction sont des réactions où se produisent à la fois une oxydation (perte d'électrons) et une réduction (gain d'électrons).
Les convertisseurs catalytiques sont composés de métaux rares, le platine et le rhodium. Ils sont positionnés en forme de nid d'abeille afin de créer une grande surface pour l'oxydation et la réduction des émissions nocives.
Les convertisseurs réduisent les atomes d'azote des molécules de NOx.
Les atomes d'oxygène libres et très réactifs entrent en collision et forment des molécules d'O2.
Les atomes d'azote attachés au catalyseur réagissent entre eux et forment des molécules de N2.
2NO → N2 + O2
2NO2 → N2 +2O2
Lesréactions d'oxydation utilisent lesmolécules d'O2 nouvellement formées pour convertir le monoxyde de carbone et le méthane en produits moins nocifs.
CO + O2 →CO2
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
Pulvérisation d'urée
L'urée est couramment utilisée pour contrôler les émissions de NOx provenant de la combustion de combustibles fossiles.
Elle est synthétisée par l'organisme pour être utilisée dans l'excrétion de l'azote.
Les cheminées contenant des oxydes d'azote sont pulvérisées avec une solution aqueuse d'urée.
Les cheminées d'évacuation sont des passages verticaux qui transportent les gaz d'échappement vers l'extérieur. Ce sont les tours fumantes que tu vois à côté des centrales électriques !
Les oxydes d'azote éventuels se dissolvent dans la solution, formant de l'acide nitreux (HNO2).
L'acide nitreux réagit ensuite avec l'urée pour former de l'azote, du dioxyde de carbone et de l'eau.
2HNO2 + NH2CONH2 → 2N2 + CO2 + 3H2O
Gestion de l'utilisation des engrais
Pour utiliser les engrais le plus efficacement possible, et limiter les émissions de NOx, les agriculteurs suivent les "quatre R" :
Le bon taux d'application
La bonne formulation (type d'engrais)
Le bon moment pour l'application
Le bon emplacement de l'application
L'utilisation d'engrais à base d'urée comme alternative aux engrais à base d'ammoniac peut réduire les émissions de NOx.
J'espère que cet article t'a expliqué les oxydes d'azote. Rappelle-toi qu'il s'agit d'un groupe de gaz polluants, composés d'atomes d'oxygène et d'azote. Ils sont à l'origine du changement climatique mondial, des smogs photochimiques et de problèmes de santé.
Oxydes d'azote - Principaux enseignements
- Les oxydes d'azote sont un groupe de gaz très réactifs composés d'azote et d'oxygène.
- Le dioxyde d'azote et le monoxyde d'azote sont collectivement appelés NOx. Le dioxyde d'azote (NO2) est un composé covalent, tandis que le monoxyde d'azote (NO) est un radical libre. Les autres oxydes d'azote comprennent le protoxyde d'azote et le pentoxyde d'azote.
- Les causes de la pollution par les NOx comprennent : les sources naturelles (telles que les volcans et les éclairs), les processus de combustion des hydrocarbures et l'utilisation excessive d'engrais.
- Les effets de la pollution par les NOx comprennent le changement climatique, l'appauvrissement de la couche d'ozone, les pluies acides, les smogs photochimiques et les problèmes de santé.
- Les oxydes d'azote peuvent être contrôlés en installant des convertisseurs catalytiques, en pulvérisant une solution d'urée dans les cheminées et en gérant l'utilisation d'engrais.
1. Adam Voiland, Les chercheurs de la NASA explorent l'impact NOx-ious de la foudre sur la pollution, le climat, NASA, 2009.
2. Gouvernement australien, Oxides of Nitrogen, ministère du changement climatique, de l'énergie, de l'environnement et de l'eau, 2022.
3. Autodoc, Causes de surchauffe, 2022
4. H. J. Emeléus, Progrès de la chimie inorganique et de la radiochimie, 1964.
5. PubChem, Oxyde nitreux, Bibliothèque nationale de médecine, 2022
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