Оксонитри́д азо́та(I) (оксид диазота , закись азота , окись азота , веселящий газ ) - соединение с химической формулой 2 . Иногда называется «веселящим газом» из-за производимого им опьяняющего эффекта. При нормальной температуре это бесцветный негорючий газ с приятным сладковатым запахом и привкусом .
Получение
Закись азота получают нагреванием сухого нитрата аммония . Разложение начинается при 170 °C и сопровождается выделением тепла . Поэтому, чтобы не дать протекать ему слишком бурно, следует вовремя прекратить нагревание, так как при температурах более 300 °C нитрат аммония разлагается со взрывом :
Более удобным способом является нагревание сульфаминовой кислоты с 73%-й азотной кислотой :
В химической промышленности закись азота является побочным продуктом и для её разрушения используют каталитические конвертеры, так как выделение в виде товарного продукта, как правило, экономически нецелесообразно.
История
Физические свойства
Закись азота, предназначенная для медицинских нужд (высокой степени очистки от примесей), не вызывает раздражения дыхательных путей. Будучи, в процессе вдыхания, растворенной в плазме крови, практически не изменяется и не метаболизируется, с гемоглобином не связывается. После прекращения вдыхания выделяется (в течение 10-15 мин) через дыхательные пути в неизменном виде. Период полувыведения - 5 минут.
Наркоз с применением закиси азота используется в хирургической практике, оперативной гинекологии, хирургической стоматологии, а также для обезболивания родов. «Лечебный анальгетический наркоз» (Б. В. Петровский, С. Н. Ефуни) с использованием смеси закиси азота и кислорода иногда применяют в послеоперационном периоде для профилактики травматического шока, а также для купирования болевых приступов при острой коронарной недостаточности, инфаркте миокарда, остром панкреатите и других патологических состояниях, сопровождающихся болями, не купирующимися обычными средствами.
Применяют закись азота в смеси с кислородом при помощи специальных аппаратов для газового наркоза. Обычно начинают со смеси, содержащей 70-80 % закиси азота и 30-20 % кислорода, затем количество кислорода увеличивают до 40-50 %. Если не удается получить необходимую глубину наркоза, при концентрации закиси азота 70-75 %, добавляют более мощные наркотические средства: фторотан , диэтиловый эфир , барбитураты .
Для более полного расслабления мускулатуры применяют миорелаксанты , при этом не только усиливается расслабление мышц, но также улучшается течение наркоза.
После прекращения подачи закиси азота следует во избежание гипоксии продолжать давать кислород в течение 4-5 мин.
Применять закись азота, как и любое средство для наркоза, необходимо с осторожностью, особенно при выраженных явлениях гипоксии и нарушении диффузии газов в лёгких.
Для обезболивания родов пользуются методом прерывистой аутоанальгезии с применением, при помощи специальных наркозных аппаратов, смеси закиси азота (40-75 %) и кислорода. Роженица начинает вдыхать смесь при появлении предвестников схватки и заканчивает вдыхание на высоте схватки или по её окончании.
Для уменьшения эмоционального возбуждения, предупреждения тошноты и рвоты и потенцирования действия закиси азота возможна премедикация внутримышечным введением 0,5%-го раствора диазепама (седуксена, сибазона) в количестве 1-2 мл (5-10 мг), 2-3 мл 0,25%-го раствора дроперидола (5,0-7,5 мг).
Лечебный наркоз закисью азота (при стенокардии и инфаркте миокарда) противопоказан при тяжёлых заболеваниях нервной системы, хроническом алкоголизме , состоянии алкогольного опьянения (возможны возбуждение, галлюцинации).
Форма выпуска: в металлических баллонах вместимостью 10 л под давлением 50 атм в сжиженном состоянии. Баллоны окрашены в серый цвет и имеют надпись «Для медицинского применения».
В двигателях внутреннего сгорания
Закись азота иногда используется для улучшения технических характеристик двигателей внутреннего сгорания. В случае автомобильных применений вещество, содержащее закись азота, и горючее впрыскиваются во впускной (всасывающий) коллектор двигателя, что приводит к следующим результатам:
- снижает температуру всасываемого в двигатель воздуха, обеспечивая плотный поступающий заряд смеси.
- увеличивает содержание кислорода в поступающем заряде (воздух содержит лишь ~21 масс. % кислорода).
- повышает скорость (интенсивность) сгорания в цилиндрах двигателя.
В пищевой промышленности
В пищевой промышленности соединение зарегистрировано в качестве пищевой добавки E942 , как пропеллент и упаковочный газ.
Хранение
Хранение: при комнатной температуре в закрытом помещении, вдали от огня.
См. также
Литература
- Машковский М. Д. Закись азота // Лекарственные средства. - Справочник Машковского on-line .
Навигация
| Оксиды азота | |||||
 Оксид азота(I) (N 2 O)
|
 |
||||
 Оксид азота(III) (N 2 O 3)
|
 | ||||
Закись азота – это вещество, которое получается при постепенном нагревании нитрата аммония. Процедура эта воспроизводится с высокой степенью аккуратности и осторожности. При несоблюдении техники безопасности компонент может стать причиной сильного взрыва. Более безопасным способом получения «веселящего» газа считается соединение в определенных пропорциях и сульфаминовой кислоты. Смесь также нагревается, в результате чего получается газообразное вещество.
«Веселящий» газ не имеет цвета и обладает немного сладковатым запахом. Традиционно его используют и сфере промышленности. В первом случае закись азота представляет собой обычный наркоз. Во втором варианте, газ применяют в пищевой или технической области. Это вещество каждый человек держит в руках практически ежедневно. Его используют для изготовления баллончиков со взбитыми сливками, кремами для , а также некоторых видов косметической продукции.
В технической сфере «веселящий» газ присутствует в качестве компонента для топлива. Именно благодаря ему увеличивается мощность и осуществляют полеты в ракеты.
Свойства «веселящего газа»
Свойства закиси азота при вдыхании оказывают не слишком «веселящее» воздействие на организм человека. Минимальные дозировки этого вещества в первую очередь оказывают влияние на работу головного мозга. Общее состояние при этом напоминает легкую . Человек начинает , смеяться и получает заряд бодрости и положительной энергетики. При слишком частом вдыхании закиси азота возникает обратный эффект. Появляется сонливость, нарушение координации движений и замечается нарушение речи.
«Веселящий» газ не оказывает на организм негативного воздействия, совершенно не вызывает привыкания и не считается запрещенным препаратом. Однако такие характеристики не стоит воспринимать слишком безответственно. В данном случае речь идет только о минимальных дозировках. Если вы будете злоупотреблять «веселящим» газом, то вполне вероятно, что по неосторожности введете себя собственными в состояние наркоза. Ни о каком безобидном и тем более положительном влиянии на здоровье в данном случае речи быть не может.
Применение «веселящего» газа
«Веселящий» газ пользуется популярностью среди современной молодежи. Им надувают воздушные шары, а затем вдыхают закись азота небольшими порциями, благодаря чему появляется забавный голос, которые веселит не только его обладателя, но и всех окружающих. Такой эффект носит кратковременный характер и полностью исчезает через 10-15 минут.
Обратите внимание, что закись азота производится в нескольких формах. Пищевая разновидность называется «веселящим» газом, а технические формы вдыхать нельзя ни в коем случае. Иногда закись азота можно встретить в продаже в виде небольших баллончиков.
Связанная статья
Закись азота, или химическое соединение N2O, стал популярным и всемирно известным благодаря фильмам об «уличных гонщиках». В них этот бесцветный негорючий газ с приятным сладковатым запахом и привкусом используется для резкого ускорения перед финишной чертой и гарантированной победы. К сожалению, в фильмах не уточняют, что этот же газ может быть весьма опасным.
Вам понадобится
- - сухой нитрат аммония (или сульфаминовая кислота и 73%-й азотная кислота);
- - лабораторные приспособления для проведения химических опытов;
- - электрический нагревательный прибор с возможностью регулировки температуры.
Инструкция
Наиболее распространенный способ получения N2O – термическое сухого . В условиях оксид диазота можно получить при сухого нитрата аммония электрическим нагревательным прибором. Нитрат аммония – это та самая аммиачная селитра, используемая для производства взрывчатки. В связи с этим температура нагревания не должна превышать 270 градусов по Цельсию, иначе в ходе химической реакции
Оксонитрид азота(I) (nitrogenium oxydulatum) - при нормальной температуре это бесцветный негорючий газ с приятным запахом и сладковатым привкусом, тяжелее воздуха (относительная плотность 1,527). Химическая формула (N2O) . Растворим в воде (1:2). При 0°C и давлении 30 атм, а также при обычной температуре и давлении 40 атм сгущается в бесцветную жидкость. Из 1 кг жидкой закиси азота образуется 500 литров газа. Не воспламеняется, но поддерживает горение. Смеси с эфиром, циклопропаном, хлорэтилом в определённых концентрациях взрывоопасны. Прочие оксиды азота: N2O, NО, N2O3, N2O5 .
Закись азота получают нагреванием сухого нитрата аммония. Разложение начинается при 170 °C и сопровождается выделением тепла. Поэтому очень опасно производить его в кустарных условиях , так как при температурах более 300 °C нитрат аммония разлагается со взрывом. Так же возможно его получение и другими химическими реакциями (например нагревание сульфаминовой кислоты с 73%-й азотной кислотой).
Форма выпуска: в металлических баллонах вместимостью 10 л под давлением 50 атм в сжиженном состоянии. Баллоны окрашены в серый цвет и имеют надпись «Для медицинского применения».
Сленговые названия: оксид диазота, веселящий газ, закись азота, Оксонитрид азота.
Используется в основном как средство для ингаляционного наркоза, в основном в сочетании с другими препаратами (из-за недостаточно сильного обезболивающего действия). В то же время это соединение можно назвать самым безопасным средством для наркоза, так как после его применения почти не бывает осложнений. Также иногда используется для улучшения технических характеристик двигателей внутреннего сгорания. Вещество, содержащее закись азота, и горючее впрыскиваются во впускной (всасывающий) коллектор двигателя. Снижает температуру всасываемого в двигатель воздуха, обеспечивая плотный поступающий заряд смеси. Увеличивает содержание кислорода в поступающем заряде (воздух содержит лишь 22% кислорода по весу). Повышает скорость (интенсивность) сгорания в цилиндрах двигателя.
Токсикоманы употребляют его ингаляционно, в основном с использованием воздушных шариков.
Последствия употребления Закиси азота:
Веселящий газ снимает тревогу, повышает настроение, уменьшает чувство боли, приводит к состоянию эйфории. Быстрое достижение состояния эйфории превратило веселящий газ в популярное средство на разного рода молодежных вечеринках. Но не все знают, что использование веселящего газа может производить необратимые воздействия на мозг и нервную систему. Даже при небольшой концентрации он дезорганизует мыслительную деятельность, затрудняет работу мышц, ухудшает зрение и слух.
Установлено, что регулярное употребление веселящего газа может подавлять развитие всех клеток крови. В результате длительной ингаляции закиси азота может также развиться дистрофическое заболевание спинного мозга, которое проявляется в нарушении чувствительности (жжении, ощущении "мурашек", онемении), треморе рук и ног, парезах конечностей и т.д. Перечисленные выше заболевания требуют длительного лечения.
Его использование возможно только под контролем специалистов, прошедших соответствующее обучение. Без надлежащего контроля и в чистом виде (без «разбавления» кислородом) применение веселящего газа смертельно опасно.
Опьянение, вызванное закисью азота, сопровождается трансовым состоянием, в связи с чем иногда применяется гипнологами при проведении наркогипноза
.
Признаки употребления Закиси азота:
При краткосрочном применении
глупое поведение, беспричинный безудержный смех, головокружение, частые головные боли, частые падения в обморок и частые потери сознания.
При долгосрочном применении
кратковременная амнезия, эмоциональная неустойчивость, нарушение мыслительных процессов, ухудшение слуха и осязания, шаткая походка, невнятность речи, постепенная атрофия мозга.
Из истории Закиси азота:
1776 год Джозеф Престли впервые открывает закись азота.
1799 год Гемфри Дэви в хорошо оборудованной лаборатории Пневматического института удалось получить закись азота в большом количестве. (Именно Г. Дэви установил, что вдыхание этого газа приводит к короткому периоду интоксикации по своим свойствам "сходному с опьянением" и назвал это вещество "веселящий газ".)
1824 год - английский хирург Генри Хилл Хикмен впервые предложил применять этот газ в качестве наркоза при операциях
в 1845 году, когда молодой стоматолог по имени Гораций Уэлз посетил демонстрацию эффектов, которые давал веселящий газ. В ходе демонстрации один из посетителей случайно споткнулся и сильно порезался, и Веллс заметил, что этот посетитель не чувствовал боли, несмотря на свой сильный порез. Как дантист, Веллс сразу увидел перспективы применения данного препарата в стоматологии.
18 век появился новый аттракцион, где участникам давали вдыхать закись азота из кожаных мешков.
Сегодня закись азота широко используется в стоматологии и многих других областях хирургии.
В рекреационных целях активную роль в распространении нового психоактивного вещества играют ночные клубы, различные интернет-ресурсы и социальные сети, предлагающие заказать "веселящий газ" на дом. Цены на "веселящий газ" весьма доступны: набор, состоящий из 10 одноразовых баллончиков можно купить за пару тысяч рублей.
Надзорные органы готовятся инициировать включение закиси азота в Список наркотических средств и психотропных веществ, оборот которых в Российской Федерации ограничен.
Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter
Получение закиси азота в домашних условиях
Получить веселящий газ можно несколькими путями. Самым доступным в домашних условиях является способ Г. Дэви - термическое разложение нитрата аммония (аммиачной селитры) по реакции:
NH 4 NO 3 = N 2 O + 2H 2 O.
В лабораторных условиях более удобным является нагревание сульфаминовой кислоты с азотной кислотой:
NH 2 SO 2 OH + HNO 3 (73 %) = N 2 O + H 2 SO 4 + H 2 O.
Однако сульфаминовую и азотную кислоты достать труднее, поэтому мы остановимся на разложении аммиачной селитры. Кстати, разложение аммиачной селитры используется для синтеза закиси азота в промышленных масштабах.
При нагревании нитрата аммония имеет место несколько реакций. Приведем фрагменты из книги Л.И. Багал Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ (1975)
Нитрат аммония при нагревании несколько выше температуры плавления (сухой нитрат аммония плавится при 169.6°С), разлагается по реакции
NH 4 NO 3 NH 3 + HNO 3 (1)
<...>
Реакция разложения на закись азота и воду изучалась Бертело, Томсеном и Велеем. Первые два исследователя нашли, что реакция экзотермична
NH 4 NO 3 => N 2 O + 2H 2 O + 8.8 ккал (2)
Основными реакциями разложения нитрата аммония при температуре до 270°С являются (1) и (2). Расплавленный нитрат аммония при нагревании выше 250-260°С может выделять окислы азота, азот и воду:
NH 4 NO 3 => 0.5N 2 + NO + 2H 2 O
4NH 4 NO 3 => 3N 2 + N 2 O 4 + 8H 2 O
3NH 4 NO 3 => 2N 2 + N 2 O 3 + 6H 2 O
Саундерс (1922 г), основываясь на результатах газового анализа, пришел к убеждению, что основными реакциями разложения при температуре до 260°С являются (1) и (2), а также реакция
5NH 3 + 3HNO 3 => 4N 2 + 9H 2 O
Разложение при взрыве по его мнению протекает по реакции
8NH 4 NO 3 => 16H 2 O + 2NO 2 + 4NO + 5N 2
<...>
Для нормального процесса образования закиси азота путем разложения нитрата аммония его температурный режим и степень чистоты имеют исключительное значения.
Как видно из приведенных выше данных, аммиачная селитра при нагревании до 240-250°С разлагается с образованием закиси азота и воды, однако даже при этой температуре полученный "сырой" газ содержит пары азотной кислоты, оксиды азота NO и NO 2 , аммиак, хлор (за счет примесей хлоридов), азот и "туман" возогнанной аммиачной селитры. Понятно, что такую смесь вдыхать нельзя (если возникнет мысль повторить опыты Дэви), поскольку это смертельно опасно! Мало того, если колба закрыта резиновой пробкой, то она даже после кратковременного использования постепенно разрушается (с образованием совсем не безвредных продуктов).
Поэтому способ получения веселящего газа нагреванием аммиачной селитры на сковородке (который зачастую рекомендуют "гуру", чтобы посмеяться над "профанами") выглядит в лучшем случае как черный юмор.
Перейдем к рассмотрению установки. Нитрат аммония разлагают в колбе Вюрца при осторожном нагревании. Лучше использовать термометр, однако без него при необходимости можно обойтись. Как показал опыт лучше использовать нагрев примерно до 220°С, при этом наблюдается легкое "кипение" расплава. Полученный "сырой газ" для очистки пропускают вначале через охлаждаемую льдом ловушку, для сбора перегоняющейся воды с примесью азотной кислоты. Далее газ проходит через склянку Дрекселя с раствором железного купороса, она также служит своеобразным индикатором скорости выделения газа. Затем газ промывается в импровизированной промывалке (c пористым распылителем) с раствором 5-7 % щелочи (гидроксида натрия или калия), где он очищается от NO 2 , азотной кислоты, хлора. И, наконец, в третьей промывалке с пористым распылителем, в которую налит раствор сульфата железа (II), закись азота очищается от NO и следов оставшихся примесей. После нее газ содержит закись азота с некоторым количеством воды и азота, а также следами NO 2 и NO.
Следует помнить, что очистке закиси азота, если она будет использована для повтора опытов Дэви, следует уделить особое внимание , в противном случае газ будет токсичным.
В качестве реакционной загрузки использовалось удобрение нитрат аммония (аммиачная селитра).
В химию я пришёл через олимпиады. И уже в седьмом классе (у нас было десятилетнее образование) мы чертили структурно-валентные формулы разных простеньких веществ. Именно тогда, готовясь к олимпиадам, я с удивлением узнал, что в оксиде азота (I), знаменитом веселящем газе, о существовании которого я вообще узнал из песни Гребенщикова (помните – «из кухонных кранов бьёт веселящий газ»…) – в общем, там – азот не одновалентный, как нас учили в школе. Еще и волшебное слово «резонансная структура» появилось в лексиконе у нас, восьмиклассников, что заметно помогло нам впоследствии справиться с ароматическими соединениями.
Что же, давайте разберемся с этим интереснейшим соединением, которое совсем не так просто, как кажется из его брутто-формулы N 2 O.
Джозеф Пристли
Впервые человечество познакомил с нашим героем британский химик (впрочем, тогда было принято говорить «натурфилософ», первооткрыватель кислорода, Джозеф Пристли. В своей книге «Эксперименты и наблюдения за разными видами воздуха», вышедшей в 1775 году, он рассказал, как тремя годами ранее он получил «флогистинированный нитрозный воздух» нагреванием железных опилок, смоченных азотной кислотой. Кстати, тогда же он открыл и монооксид азота NO. Его
Пристли назвал «селитряным возухом». Впрочем, сейчас не о «старшем брате» нашего героя.
Книга Пристли и его приборы
Названий у N 2 O – множество. Закись азота, оксид азота (I), веселящий газ, оксонитрид азота (I), оксид диазота… «Химия ваша обильна и богата, а порядку в ней нет». Что же представляло собой открытие Пристли. Газ, бесцветный, негорючий, сладковатый приятный запах и даже привкус… Очень небольшая разница между температурами кипения и замерзания – при -88 С он еще веселящий газ, а при -91 С – это уже веселящий снег. Чуть больше двух градусов кельвина – интервал существования жидкой фазы!
Джеймс Уатт
Практического применения нашему герою довелось ждать чуть более двух десятков лет. В 1794 году вышла книга одного из изобретателей паровой машины Джеймса Уатта и реформатора медицины Томаса Беддоу «Соображения о медицинском использовании и производстве искусственных воздухов» (именно так, тогда воздухов было много – как мы помним, оксиды азота Пристли называл воздухами).
Томас Беддоу
В этой книге было два важных момента. Во-первых, Уатт в ней предложил «машину» для производства N2O, а также ингаляционный прибор для медицинского использования газов. А во-вторых, Беддоу представил новую теорию о том, что туберкулёз и другие легочные заболевания могут быть излечены ингаляциями «искусственных воздухов». Не сработало, конечно, зато способ употребления был найден.
Горацио Уэллс
Прошло еще полвека, и Горацио Уэллс, американский стоматолог, провел первое в истории удаление зуба с анестезией веселящим газом. Впрочем, наркотический качества веселящего газа стали понятны еще в XVIII веке. С 1799 года и минимум до 1863 года источники отмечают новую забаву среди высшего света в Великобритании – «вечеринки веселящего газа», где салонная публика собиралась для того, чтобы надышаться закисью азота до явления короля Артура.
Удаление зуба с анестезией веселящим газом Горацио Уэллсом
Интересно, что наркотический и обезболивающий эффекты оксида азота обеспечиваются двумя разными механизмами. Первый - активацией эндогенной опиоидной системы и взаимодействии ее с нисходящей норадренергической системой.
Второй – воздействием N 2 O на мезолимбический путь и выделение избыточного дофамина в зоне награды. Такая маленькая молекула, а такое сложное действие!
Любителям автотюнинга наш герой тоже добавляет веселья. А точнее – бодрости двигателю их автомобиля. Впрыск N 2 O в цилиндры снижает температуру всасываемого в цилиндры воздуха, увеличивая плотность смеси и повышает скорость сгорания топлива. Кстати, любопытно, что и это применение оксида азота – не ново, первым в двигателях его использовал еще пионер ракетного дела Роберт Годдард, в прошлом году исполнилось ровно век со дня начала зажигательной карьеры веселящего газа.
Но вернёмся, в завершение нашей статьи, к олимпиаде и структурным формулам. Так как же выглядит на самом деле молекула оксида азота? Неужели кажущаяся логичной структурная формула N-O-N – неправильна?
Совершенно верно. Молекула N 2 O cовсем не такая, и дело даже не в кратности связей. Даже топологически она устроена иначе – два атома азота соединены друг с другом, и к одному из них присоединён атом кислорода.
Строение_молекулы_оксида_азота(I)
Более того, одной структурной формулой тут не обойтись. Есть целых четыре структуры, которые описывают эту молекулу и вносят в ее настоящий вид каждая свой вклад (рис.) Здесь нет одинарных, двойных и тройных связей, если выражаться точно, то связь азот-азот имеет кратность 2,73, а связь азот-кислород -1,61. Так что можно только поражаться, сколько сложностей, тонкостей и неожиданностей могут прятаться всего в трёх атомах – или трёх знаках знакомой со школы формулы N2O.
Написано для журнала "Химия и жизнь"
