Famille de lazote

La famille de lazote comprend les cinq éléments qui composent le groupe 15 du tableau périodique: lazote, le phosphore, larsenic, lantimoine et le bismuth. Ces cinq éléments partagent une propriété structurelle importante: ils ont tous cinq électrons dans le niveau dénergie le plus externe de leurs atomes. Néanmoins, ils sont remarquablement différents les uns des autres tant par leurs propriétés physiques que par leur comportement chimique. Lazote est un gaz non métallique; le phosphore est un non-métal solide; larsenic et lantimoine sont des métalloïdes; et le bismuth est un métal typique.

Azote

Lazote est un gaz incolore, inodore et insipide avec un point de fusion de -210 ° C (-346 ° F) et un point débullition de −196 ° C (−320 ° F). Cest lélément le plus abondant dans latmosphère, représentant environ 78% en volume de lair qui entoure la Terre. Lélément est cependant beaucoup moins répandu dans la croûte terrestre, où il occupe le trente-troisième rang (avec le gallium) en abondance. Les scientifiques estiment que la concentration moyenne dazote dans les roches crustales est denviron 19 parties par million, soit moins que celle de éléments tels que le néodyme, le lanthane, lyttrium et le scandium, mais supérieurs à ceux des métaux bien connus tels que le lithium, luranium, le tungstène, largent, le mercure et le platine.

Les composés naturels les plus importants de lazote sont le nitrate de potassium (salpêtre), que lon trouve principalement en Inde, et le nitrate de sodium (salpêtre du Chili), que lon trouve principalement dans les régions désertiques du Chili et dautres régions dAmérique du Sud. Lazote est également un composant essentiel des protéines présentes dans tous les organismes vivants .

La découverte de lazote en 1772 est généralement attribuée au médecin écossais Daniel Rutherford (1749–1819). Trois autres scientifiques, Henry Cavendish, Joseph Priestley et Carl Scheele, pourraient également prétendre avoir découvert lele ment à peu près au même moment. Lazote a été identifié pour la première fois comme le produit laissé lorsquune substance est brûlée dans un échantillon dair fermé (qui élimine le composant oxygène de lair).

Utilisations. Les utilisations industrielles de lazote ont considérablement augmenté au cours des dernières décennies. Il se classe désormais au deuxième rang des produits chimiques les plus produits aux États-Unis.

avec une production annuelle denviron 57 milliards de livres (26 milliards de kilogrammes).

Les applications les plus importantes de lélément dépend de son inertie chimique (inactivité). Il est largement utilisé comme atmosphère de couverture dans les procédés métallurgiques où la présence doxygène serait nocive. Dans le traitement du fer et de lacier, par exemple, une couverture dazote placée au-dessus des métaux empêche leur réagissant avec loxygène, qui formerait des oxydes indésirables dans les produits finis.

La purge (libération de sédiments ou dair emprisonné) des réservoirs, des tuyaux et dautres types de conteneurs contenant de lazote peut également empêcher la possibilité dincendies . Dans l’industrie pétrolière, par exemple, le traitement de composés organiques en présence d’air crée un risque d’incendies – des incendies qui peuvent être évités en recouvrant les réactifs avec de l’azote pur.

L’azote est également utilisé dans la production de compone électronique nts. Lassemblage de puces informatiques et dautres appareils électroniques peut avoir lieu avec tous les matériaux immergés dans une atmosphère dazote, empêchant loxydation de lun des matériaux utilisés. Lazote est souvent utilisé comme agent protecteur lors de la transformation des aliments afin que la décomposition (oxydation) ne se produise pas.

Une autre utilisation critique de lazote est la production dammoniac par le procédé Haber, du nom de son inventeur , Chimiste allemand Fritz Haber (1868–1934). Le procédé Haber implique la synthèse directe de lammoniac à partir de ses éléments – lazote et lhydrogène. Les deux gaz sont combinés dans des conditions spécifiques: (1) la température doit être de 500 à 700 ° C (900 à 1300 ° F), (2) la pression doit être de plusieurs centaines datmosphères, et (3) un catalyseur (quelque chose qui accélère des réactions chimiques) comme du nickel finement divisé doit être présent. Lune des principales utilisations de lammoniac produit par cette méthode est la production dengrais synthétiques.

Environ un tiers de tout lazote produit est utilisé sous sa forme liquide. Par exemple, lazote liquide est utilisé pour la congélation rapide des aliments et pour la conservation des aliments en transit. De plus, les très basses températures de lazote liquide facilitent la manipulation de certains matériaux. Par exemple, la plupart des formes de caoutchouc sont trop molles et souples pour être usinées à température ambiante. Cependant, ils peuvent d’abord être refroidis dans de l’azote liquide, puis manipulés sous une forme beaucoup plus rigide.

Trois composés d’azote sont également commercialement importants et se classent traditionnellement parmi les 25 principaux produits chimiques produits aux États-Unis. Il sagit de lammoniac (numéro 6 en 1990), de lacide nitrique (numéro 13 en 1990) et du nitrate dammonium (numéro 14 en 1990). Ces trois composés sont largement utilisés en agriculture comme engrais synthétiques. Plus de 80 pour cent de lammoniac produit, par exemple, est destiné à la production dengrais synthétiques.

Outre son rôle agricole, lacide nitrique est une matière première importante dans la production dexplosifs. Le trinitrotoluène (TNT), la poudre à canon, la nitroglycérine, la dynamite et la poudre sans fumée sont tous des exemples du type dexplosifs à base dacide nitrique. Un peu plus de 5 pour cent de lacide nitrique produit est également utilisé dans la synthèse de lacide adipique et des composés apparentés utilisés dans la fabrication du nylon.

Phosphore

Le phosphore existe sous trois formes allotropiques (formes physiquement ou chimiquement différentes de la même substance): blanc, rouge et noir. La forme blanche du phosphore est un solide cireux hautement actif qui senflamme spontanément lorsquil est exposé à lair. En revanche, le phosphore rouge est une poudre rougeâtre relativement inerte (inactive). Il ne prend feu que sil est exposé à une flamme nue. Le point de fusion du phosphore est de 44 ° C (111 ° F) et son point débullition est de 280 ° C (536 ° F). Cest le onzième élément le plus abondant de la croûte terrestre.

Le phosphore se présente toujours sous la forme dun phosphate, un composé constitué de phosphore, doxygène et dau moins un élément supplémentaire. De loin le plus abondant source de phosphore sur Terre est une famille de minéraux connus sous le nom dapatites. Les apatites contiennent du phosphore, de loxygène, du calcium et un halogène (chlore, fluor, brome ou iode). Létat de Floride est le plus grand producteur de phosphore au monde et est responsable denviron un tiers de tous les éléments produits dans le monde.

Le phosphore est également présent dans tous les organismes vivants, le plus abondamment dans les os, les dents, la corne et les matériaux similaires. On le trouve cependant dans toutes les cellules sous forme de composés essentiels à la survie de toute vie. Tout comme le carbone et lazote, le phosphore est recyclé dans lenvironnement. Mais comme il na pas de composés gazeux communs, le cycle du phosphore se produit entièrement dans les parties solide et liquide (eau) de la croûte terrestre.

Utilisations. Environ 95 pour cent de tout le phosphore utilisé dans lindustrie va à la production de composés du phosphore. De loin le plus important dentre eux est lacide phosphorique, qui représente environ 83% de toute lutilisation du phosphore dans lindustrie. Une utilisation mineure est la fabrication dallumettes de sécurité.

Acide phosphorique . Lacide phosphorique (H3PO4) se classe généralement au septième rang des produits chimiques les plus largement produits aux États-Unis. Il est converti en diverses formes, qui sont toutes ensuite utilisées dans la fabrication dengrais synthétiques, représentant environ 85 pour cent de tout lacide produit. Les autres applications de lacide phosphorique comprennent la production de savons et de détergents, le traitement de leau, le nettoyage et lantirouille des métaux, la fabrication dadditifs pour lessence et la production daliments pour animaux.

À lun temps, grand des quantités dacide phosphorique ont été converties en un composé connu sous le nom de tripolyphosphate de sodium (STPP). STPP, à son tour, a été utilisé dans la fabrication de détergents synthétiques. Lorsque le STPP est rejeté dans lenvironnement, cependant, il sert de nutriment primaire pour les algues dans les plans deau tels que les étangs et les lacs. La croissance dénormes proliférations dalgues dans les années 1970 et 1980 à la suite des rejets de phosphate a finalement conduit à linterdiction de lutilisation de ce composé dans les détergents. En conséquence, le composé nest plus commercialement important.

Larsenic et lantimoine

Larsenic et lantimoine sont tous deux des métalloïdes. Autrement dit, ils se comportent parfois comme des métaux et parfois comme des non-métaux. Larsenic est un métal cassant gris argenté qui se ternit lorsquil est exposé à lair. Il existe sous deux formes allotropes: noire et jaune. Son point de fusion est de 817 ° C (1502 ° F) à 28 atmosphères de pression, et son point débullition est de 613 ° C (1135 ° F), température à laquelle il se sublime (passe directement de létat solide à létat vapeur).

Lantimoine se présente également sous deux formes allotropiques: noire et jaune. Cest un solide blanc argenté avec un point de fusion de 630 ° C (1170 ° F) et un point débullition de 1635 ° C (2980 ° F). Larsenic et lantimoine ont été identifiés avant la naissance de la chimie moderne – au moins dès le XVe siècle.

Larsenic est un élément relativement rare de la croûte terrestre, classé numéro 51 par ordre dabondance. Il est en fait produit commercialement à partir de la poussière de fumée obtenue des fonderies de cuivre et de plomb (métaux séparés par fusion) car il se produit généralement en combinaison avec ces deux éléments.

Lantimoine est beaucoup moins répandu dans la croûte terrestre que larsenic, numéro 62 parmi les éléments. Il se présente le plus souvent sous forme de minéral stibnite (sulfure dantimoine), à partir duquel il est obtenu lors dune réaction avec le fer métallique.

Utilisations. Larsenic est largement utilisé dans la production dalliages (un mélange de deux métaux ou plus ou dun métal et dun non-métal) utilisés dans la grenaille, les batteries, les gaines de câbles, les tubes de chaudière et les types spéciaux de soudure (un alliage métallique fondu utilisé pour se joindre autres surfaces métalliques). Dans une forme très pure, cest un composant essentiel de nombreux appareils électroniques.Traditionnellement, les composés darsenic ont été utilisés pour tuer les rats et autres ravageurs, bien quil ait été largement remplacé à cette fin par dautres produits.

Lantimoine est également un élément dalliage populaire. Ses alliages peuvent être trouvés dans les roulements à billes, les batteries, les munitions, la soudure, le métal de type, les tubes en tôle et dautres applications. Son application dans le type métal reflète une propriété particulièrement intéressante: contrairement à la plupart des matériaux, lantimoine se dilate en refroidissant et se solidifie à partir dun liquide. De ce fait, le type de métal coulé dans les matrices en forme de lettres se dilate à mesure quil refroidit pour remplir toutes les parties de la matrice. Les lettres formées dans ce processus ont des bords nets et nets.

Bismuth

Le bismuth est un métal argenté typique avec une teinte rougeâtre intéressante. Il a un point de fusion de 271 ° C (520 ° F) et un point débullition de 1560 ° C (2840 ° F). Il sagit de lun des éléments les plus rares de la croûte terrestre, se classant 69 sur 75 éléments pour lesquels des estimations ont été faites. Il se présente le plus souvent sous forme de bismite (oxyde de bismuth), de bismuthinite (sulfure de bismuth) et de bismutite (oxycarbonate de bismuth). . Comme larsenic et lantimoine, le bismuth a été identifié dès le XVe siècle par les préchimistes connus sous le nom dalchimistes.

Presque tout le bismuth produit commercialement est utilisé pour lune des deux applications suivantes: dans la production dalliages ou dautres produits métalliques et dans les produits pharmaceutiques. Certains de ses alliages les plus intéressants sont ceux qui fondent à basse température et qui peuvent être utilisés, par exemple, dans les systèmes de gicleurs automatiques. Les composés de bismuth sont utilisés pour traiter les maux destomac, leczéma (un troubles cutanés) et les ulcères, et dans la fabrication de poudres pour le visage.