L'azote, de symbole N et de numéro atomique Z = 7, est un élément chimique essentiel. Sa configuration électronique et sa position dans le tableau périodique déterminent ses propriétés chimiques et sa réactivité.
Structure atomique et isotopes de l'azote
L'azote existe sous deux isotopes principaux :
- Azote 14 ((\textrm{}^{14}_{ 7}\textrm N)): 99,7 %
- Azote 15 ((\textrm{}^{15}_{ 7}\textrm N)): 0,3 %
Configuration électronique de l'azote
La configuration électronique de l'azote est (1\textrm s^2{} 2\textrm s^2{} 2\textrm p^3). Cela signifie que l'azote possède :
- 2 électrons dans la couche 1s
- 2 électrons dans la sous-couche 2s
- 3 électrons dans la sous-couche 2p
La couche de valence de l'azote est la couche L (n=2), qui contient les sous-couches 2s et 2p. L'azote possède donc 5 électrons de valence (2s22p3).
Électrons de valence
Les électrons de valence sont les électrons situés sur la couche externe d'un atome. Ils sont responsables des propriétés chimiques de l'élément et de sa capacité à former des liaisons avec d'autres atomes.
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Dans le cas de l'azote, les 5 électrons de valence (2s22p3) déterminent sa réactivité.
Position dans le tableau périodique
La configuration électronique de l'azote permet de déterminer sa position dans le tableau périodique des éléments chimiques.
- Période : La couche externe de l'azote est la couche L (n=2), ce qui signifie qu'il se trouve dans la deuxième période du tableau périodique.
- Colonne : L'azote possède 5 électrons de valence, ce qui le place dans la 15e colonne du tableau périodique. Il fait partie de la famille de l'azote (également appelée famille des pnictogènes).
Degré d'oxydation
Le degré d'oxydation d'un élément représente le nombre d'électrons qu'un atome a gagnés, perdus ou partagés lors de la formation de liaisons chimiques.
- Degré d'oxydation maximum : +V
- Degré d'oxydation minimum : -III
- Autres degrés d'oxydation possibles : +I, +II, +III, +IV
Le degré d'oxydation +III est assez courant pour l'azote.
Électronégativité
L'électronégativité est une mesure de la capacité d'un atome à attirer les électrons lors d'une liaison chimique. L'électronégativité de l'azote est de 3,0 sur l'échelle de Pauling. C'est la quatrième plus élevée de tous les éléments, après le fluor (F), l'oxygène (O) et le chlore (Cl).
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En raison de sa forte électronégativité, l'azote a tendance à former des liaisons covalentes avec d'autres éléments, en particulier avec des éléments moins électronégatifs que lui. Cependant, il peut également former des composés ioniques avec des éléments très électropositifs.
Stabilité chimique
L'atome d'azote n'est pas stable car sa couche électronique de valence n'est pas complète. Pour atteindre une configuration électronique stable, il doit gagner 3 électrons pour compléter sa couche de valence et atteindre la règle de l'octet (8 électrons).
Formation d'ions
Pour atteindre une configuration électronique stable, l'azote peut former l'ion nitrite (N^{3-}). En gagnant trois électrons, il acquiert la même configuration électronique que le néon (Ne), un gaz noble stable.
Liaisons covalentes
L'azote peut également former des liaisons covalentes en partageant des électrons avec d'autres atomes. Il peut former jusqu'à trois liaisons covalentes pour compléter sa couche de valence.
Valence d'un atome
La valence d’un élément chimique est le nombre de liaisons covalentes que l’atome forme avec les atomes voisins.
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Configurations particulièrement stables
Le critère de stabilité retenu est la règle de l'octet (ou du duet pour l'élément hydrogène) qui stipule qu'une structure électronique externe comportant 8 électrons (2 dans le cas du duet) est particulièrement stable. C'est ce principe qui permet de prévoir la formule des ions monoatomiques courants (voir programme de 2nde ).
Ainsi, dans les configurations particulièrement stables courantes, un atome a tendance à former autant de liaisons covalentes que nécessaire avec ses voisins pour s'entourer de 8 électrons périphériques.
L'élément hydrogène fait exception, sa valence est toujours égale à 1.
Représentation de Lewis
La représentation de Lewis d'une molécule donne l'ensemble de la structure électronique externe des atomes qui entrent dans la composition de la molécule.
En première, cela revient à faire figurer les doublets de liaison entre les atomes et des doublets non-liants localisés sur des atomes spécifiques. On rappelle qu'un doublet est constitué de deux électrons.
On ne traite ici que des molécules où les atomes respectent la règle de l'octet même s'il existe des exceptions.
Par exemple, dans la molécule d'ammoniac (NH3), l'azote forme trois liaisons covalentes avec trois atomes d'hydrogène. Il possède également un doublet non liant.
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