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L'état solide mystérieux de l'azote : comment ce mystère scientifique a-t-il été résolu en 1884 ?
En 1884, le scientifique Karol Olszewski a observé pour la première fois de l'azote solide, une découverte majeure qui a dévoilé le mystère de l'azote. L’étude de l’azote solide suscite toujours une grande attention dans la communauté universitaire, non seulement en raison de son application à la recherche scientifique, mais aussi parce qu’il joue un rôle important dans la composition des corps célestes du système solaire externe.
L'azote solide est un composant important des corps extraterrestres à basse température et basse pression ; à haute température et haute pression, c'est un explosif puissant avec une densité énergétique dépassant celle des autres matériaux non nucléaires.
Génération d'azote solide
La méthode expérimentale d'Olszewski est assez simple mais très créative : il a d'abord liquéfié l'hydrogène en évaporant l'azote liquide, puis a utilisé la basse température de l'hydrogène liquide pour refroidir l'azote afin de le rendre solide. Ce procédé lui a permis de produire la température d'azote la plus froide jamais enregistrée à cette époque, 48 K (environ -225°C), établissant ainsi un record mondial. Aujourd’hui encore, la technologie de génération d’azote solide en laboratoire suit un processus similaire, en évaporant l’azote liquide sous vide.
Existence dans la nature
L'azote solide est largement répandu dans la nature et peut même être trouvé à la surface de Pluton et du satellite de Neptune, Triton. De l'azote solide a été observé directement pour la première fois sur Pluton par la sonde New Horizons en 2015, tandis qu'un phénomène similaire a été confirmé sur Triton par Voyager 2 en 1989. À ces basses températures, l’azote solide est relativement volatil et peut se sublimer et former une atmosphère ou se condenser à nouveau en gel d’azote. L'azote solide s'écoule à des pressions inférieures à celles des autres matériaux et, lorsqu'il s'accumule, il prend la forme d'un glacier, ce qui émerveille les gens devant les propriétés de l'azote solide.
New Horizons a observé de la glace d'eau « flottant » à la surface de Pluton, laissant les spectateurs surpris par le comportement de l'azote solide.
Transformation et propriétés de l'azote solide
L'azote solide présente des propriétés différentes à différentes pressions et températures. À pression atmosphérique standard, le point de fusion de l'azote est de 63,23 K. L'azote est un élément qui existe sous de nombreuses formes solides, et les propriétés de ces formes qui fondent et se subliment sous haute pression ont attiré des recherches approfondies. Ce qui est encore plus remarquable, c'est que l'azote solide présente une densité énergétique étonnante sous haute pression, ce qui le rend précieux dans le domaine des matériaux énergétiques.
Structure cristalline de l'azote solide
Le diazote solide existe sous forme de molécules N2 à température ambiante et pression moyenne. Lorsque la température descend en dessous de 35,6 K, l'azote peut se transformer en phase α et commencer à polymériser à une pression de 50 GPa. Des conditions de pression plus élevées favorisent la transformation de l’azote solide en cristaux d’azote avec différentes structures [comme l’azote cubique et hexagonal]. Ces différentes structures cristallines présentent des variations importantes dans leurs propriétés physiques et chimiques.
L’existence de l’azote sous forme solide a suscité un grand intérêt pour sa stabilité et sa réactivité dans des environnements extrêmes, en particulier ceux des corps non terrestres.
Applications et perspectives d'avenir
Les propriétés de l'azote solide en font une direction importante pour la recherche future, notamment dans l'application des matériaux énergétiques et l'approfondissement de la physique théorique. Avec le développement de la science et de la technologie, l’azote solide pourrait jouer un rôle clé dans l’exploration spatiale ou d’autres domaines scientifiques et technologiques. Les scientifiques explorent constamment la diversité de l’azote solide et ses applications potentielles, dans l’espoir que cet élément apparemment ordinaire puisse démontrer des performances extraordinaires dans les recherches scientifiques futures.
Comment la recherche sur l’azote solide affectera-t-elle notre compréhension et notre application de la matière à l’avenir ?
