Valencias à l'azote: configuration électronique et composés
Les valences de l'azote vont de -3, comme dans l'ammoniac et les amines, à +5, comme dans l'acide nitrique (Tyagi, 2009). Cet élément n'élargit pas les valeurs 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).
Les éléments partagent certaines similitudes générales dans le comportement chimique, bien qu'ils soient clairement différenciés chimiquement les uns des autres. 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 former une triple liaison avec un autre atome d'azote et d'autres éléments.
Par conséquent, les composés azotés contiennent beaucoup d’énergie. Il y a 100 ans, on savait peu de choses sur l'azote. Maintenant, 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 bas et passent ensuite à un niveau d'énergie supérieur.
Le niveau d'énergie le plus externe dans un atome est connu comme la couche de valence et les électrons placés dans cette couche sont appelés les électrons de valence.
Ces électrons se trouvent principalement dans la formation de liaisons et dans 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).
Comme mentionné précédemment, l'azote a un numéro atomique de Z = 7. Cela implique que leurs électrons qui remplissent leurs niveaux d'énergie, ou configuration électronique, sont 1S2 2S2 2P3.
Il faut se rappeler que dans la nature, les atomes cherchent toujours à obtenir la configuration électronique des gaz rares en gagnant, en perdant ou en partageant des électrons.
Dans le cas de l'azote, le gaz rare qu'il recherche de configuration électronique est le néon dont le numéro atomique est Z = 10 (1S2 2S2 2P6) et l'hélium dont le numéro atomique est Z = 2 (1S2) (Reusch, 2013). .
Les différentes manières dont l'azote doit se combiner lui donneront sa valence (ou son état d'oxydation). Dans le cas spécifique de l'azote, qui se trouve dans la deuxième période du tableau périodique, ne peut pas élargir son calque de valence, contrairement aux autres éléments de votre groupe.
On s'attend à ce qu'il ait 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 de la liaison par valence aide à expliquer la formation de composés, en fonction de la configuration électronique de l'azote pour un état d'oxydation donné. Pour cela, nous devons tenir compte du nombre d'électrons dans la couche de valence et de la quantité nécessaire pour acquérir une configuration de gaz rare.
Composés azotés
Compte tenu de son grand nombre d'états d'oxydation, l'azote peut former un grand nombre de composés. Dans le premier cas, il convient de rappeler que dans le cas de l'azote moléculaire, par définition, sa valence est égale à 0.
L'état d'oxydation de -3 est l'un des plus courants pour l'élément. Les exemples de composés présentant cet état d'oxydation sont l'ammoniac (NH3), les amines (R3N), les ions ammonium (NH4 +), les imines (C = NR) et les nitriles (C≡N).
L'état d'oxydation -2, l'azote est laissé avec 7 électrons dans sa coquille de valence. Ce nombre impair d'électrons dans la couche de valence explique pourquoi les composés avec cet état d'oxydation ont un lien pontant entre deux atomes d'azote. Des exemples de composés présentant cet état d'oxydation sont les hydrazines (R 2 -NNR 2 ) et les hydrazones (C = NNR 2 ).
À 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 (R2NOH) et les composés azoïques (RN = NR).
Dans les états d'oxydation positifs, l'azote est généralement lié à des atomes d'oxygène formant des oxydes, des oxisols ou des oxacides. Dans le cas de l'état d'oxydation +1, l'azote a 4 électrons dans sa couche de valence.
Des exemples de composés présentant cette valence sont l'oxyde de diazote ou le gaz hilarant (N 2 O) et les composés nitreux (R = NO) (Reusch, Oxydation States of Nitrogen, 2015).
Pour le cas du degré d'oxydation de +2, un exemple est l'oxyde d'azote ou l'oxyde nitrique (NO), un gaz incolore produit par la réaction des métaux avec de l'acide nitrique dilué. Ce composé est un radical libre très instable car il réagit avec l’oxygène atmosphérique pour former le gaz NO 2 .
Les nitrites (NO 2 -) en solution basique et l’acide nitreux (HNO 2 ) en solution acide sont des exemples de composés à l’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 nitrique (NO 2 ) ou dioxyde d'azote est un composé azoté de valence +4. C'est un gaz brun généralement produit par la réaction de l'acide nitrique concentré avec de nombreux métaux. Les dimérisations forment N 2 O 4 .
À l'état +5, on trouve des nitrates et de l'acide nitrique qui sont des agents oxydants dans des solutions acides. Dans ce cas, l'azote a 2 électrons dans la couche 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 dans lesquels l'azote a plusieurs états d'oxydation dans la molécule. Dans le cas du nitrosilazide (N 4 O), l'azote a la valence -1, 0, + 1 et +2; et dans le cas du trioxyde de diazote, il a les valences +2 et +4.
Nomenclature des composés azotés
Compte tenu de la complexité de la chimie des composés azotés, la nomenclature traditionnelle ne suffisait pas pour les nommer, encore moins pour les identifier correctement. C’est pourquoi, entre autres raisons, l’union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC pour son acronyme anglais) a créé une nomenclature systématique dans laquelle les composés sont nommés en fonction de la quantité 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) et monoxyde d'azote (N 2 O).
De plus, en 1919, le chimiste allemand Alfred Stock développa une méthode pour nommer les composés chimiques basée sur l'état d'oxydation, qui est écrite en chiffres romains entre parenthèses. Ainsi, par exemple, l'oxyde nitrique et l'oxyde nitreux seraient respectivement appelés oxydes d'azote (II) et oxydes d'azote (I) (IUPAC, 2005).
