Interested Article - Оксид азота(I)

Окси́д азо́та(I) ( оксид диазота , закись азота , веселящий газ ) — соединение с химической формулой N 2 O. Иногда называется «веселящим газом» из-за производимого им опьяняющего эффекта с приступами смеха. При нормальных условиях это бесцветный негорючий газ с приятным сладковатым запахом и привкусом .

Закись азота является третьим по значимости долгоживущим парниковым газом , накопление которого в атмосфере Земли — одна из причин глобального потепления . Также N 2 O является веществом, разрушающим стратосферный озон .

История

Впервые был получен в 1772 году Джозефом Пристли , который назвал его « дефлогистированным нитрозным воздухом» . В 1799 году его исследовал Г. Дэви .

Строение молекулы

Строение молекулы оксида азота(I) описывается следующими резонансными формами:

Наибольший вклад вносит N-оксидная форма оксида азота(I). Порядок связи N-N оценивается как 2,73, порядок связи N-O — как 1,61. Резонансная структура с возможностью противоположного расположения зарядов в молекуле N 2 O обусловливает низкий дипольный момент молекулы, равный 0,161 Д.

Физические свойства

Бесцветный газ, тяжелее воздуха ( относительная плотность 1,527), с характерным сладковатым запахом . Растворим в воде ( 0,6 объёма N 2 O в 1 объёме воды при 25 °C , или 0,15 г/100 мл воды при 15 °C ), растворим также в этиловом спирте, эфире, серной кислоте. При 0 °C и давлении 30 атм , а также при комнатной температуре и давлении 40 атм сгущается в бесцветную жидкость . Из 1 кг жидкой закиси азота образуется 500 л газа. Молекула закиси азота имеет дипольный момент 0,161 Д , коэффициент преломления в жидком виде равен 1,330 (для жёлтого света с длиной волны 589 нм ). Давление паров жидкого N 2 O при 20 °C равно 5150 кПа .

Химические свойства

Относится к несолеобразующим оксидам , с водой, с растворами щелочей и кислот не взаимодействует. Не воспламеняется, но поддерживает горение: тлеющая лучина, опущенная в него, загорается, как в чистом кислороде. Смеси с эфиром , циклопропаном , хлорэтаном в определённых концентрациях взрывоопасны . Оксид азота(I) является озоноразрушающим веществом, а также парниковым газом . В нормальных условиях N 2 O химически инертен, при нагревании проявляет свойства окислителя:

При взаимодействии с сильными окислителями N 2 O может проявлять свойства восстановителя:

При нагревании выше +500°C N 2 O разлагается:

Оксид азота(I) реагирует с амидами металлов с образованием соответствующих неорганических азидов :

При взаимодействии с аммиаком над катализатором образуется азид аммония :

Получение

Оксид азота(I) получают осторожным (опасность взрывного разложения!) нагреванием сухого нитрата аммония :

Более удобным способом является нагревание сульфаминовой кислоты с 73%-й азотной кислотой :

Также одним из удобных и безопасных способов получать оксид азота (I) является реакция раствора гидрохлорида гидроксиламина с раствором нитрита натрия :

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.

Биологическое значение

Закись азота образуется как при ферментативном , так и при неферментативном восстановлении из окиси азота (II) . В опытах in vitro было обнаружено, что закись азота образуется при реакции между окисью азота (II) и тиолом или тиол-содержащими соединениями . Сообщается, что образование N 2 O из окиси азота было обнаружено в цитозоле гепатоцитов , что заставляет предполагать возможное образование этого газа в клетках млекопитающих в физиологических условиях . В организме бактерий закись азота образуется в ходе процесса денитрификации , катализируемого нитрооксид-редуктазой. Ранее этот процесс предполагался специфичным для некоторых видов бактерий и отсутствующим у млекопитающих, но новые данные заставляют предполагать, что это не так. Было показано, что физиологически релевантные концентрации закиси азота ингибируют как ионные токи, так и опосредуемые эксайтотоксичностью нейродегенеративные процессы, происходящие при чрезмерном возбуждении NMDA-рецепторов . Также закись азота ингибирует биосинтез метионина , угнетая активность и скорость превращения гомоцистеина в метионин и повышая концентрацию гомоцистеина в культурах лимфоцитов и в биоптатах человеческой печени . Хотя закись азота не является лигандом для гема , и не реагирует с тиоловыми группами, она обнаруживается во внутренних структурах гемосодержащих белков, таких, как гемоглобин , миоглобин , цитохромоксидаза . Способность закиси азота нековалентно, обратимо изменять структуру и функции гемосодержащих белков была показана исследованием сдвига инфракрасных спектров тиоловых групп цистеинов гемоглобина и тем, что закись азота способна частично и обратимо ингибировать функцию цитохромоксидазы C . Точные механизмы этого нековалентного взаимодействия закиси азота с гемосодержащими белками и биологическое значение этого явления заслуживают дальнейших исследований. В настоящее время представляется возможным, что эндогенная закись азота участвует в регуляции активности NMDA и опиоидной системы . Обладает нейротоксическими свойствами .

Применение

Существует два вида закиси азота — пищевая, или медицинская для медицинского применения (высокой степени очистки), и техническая — технический оксид диазота, в котором есть примеси, количество которых указывается в соответствующих техусловиях (ТУ) на данный газ. «Медицинская» закись азота используется в основном как средство для ингаляционного наркоза , находит применение и в пищевой промышленности (например, для изготовления взбитых сливок ) в качестве пропеллента . Как пищевой продукт имеет индекс E942 . Также иногда используется для улучшения технических характеристик двигателей внутреннего сгорания . В промышленности применяется как пропеллент и упаковочный газ. Может использоваться в ракетных двигателях в качестве окислителя, а также как единственное топливо в монокомпонентных ракетных двигателях .

Средство для ингаляционного наркоза

Малые концентрации закиси азота вызывают лёгкое опьянение . При вдыхании чистого газа быстро развиваются состояние опьянения и сонливость. Закись азота обладает слабой наркотической активностью, в связи с чем в медицине её применяют в больших концентрациях. В смеси с кислородом при правильном дозировании (до 80 % закиси азота) вызывает хирургический наркоз . Часто применяют комбинированный наркоз, при котором закись азота сочетают с другими средствами для наркоза, анальгетиками , миорелаксантами и т. п. Например, применяется комбинированный наркоз закисью азота и гексеналом с фентаниловой анальгезией и миорелаксацией дитилином .

Закись азота, предназначенная для медицинских нужд (высокой степени очистки от примесей), не вызывает раздражения дыхательных путей. Будучи в процессе вдыхания растворённой 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.

Закись азота используется для ингаляционного наркоза в хирургии , она удобна для кратковременного наркоза (и ) в хирургической стоматологии , а также для обезболивания родов (поскольку слабо влияет на родовую деятельность и нетоксична для плода ).

Смесь закиси азота с кислородом получают и непосредственно применяют при помощи специальных аппаратов для наркоза. Обычно начинают со смеси, содержащей 70—80 % закиси азота и 30—20 % кислорода, затем количество кислорода увеличивают до 40—50 % [ источник не указан 3878 дней ] . 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 подачей при помощи специальных наркозных аппаратов смеси закиси азота (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).

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».

При использовании закиси азота для анестезии и пограничных уровнях витамина B12 развивается полинейропатия , вызванная дефицитом B 12 . Необходима терапия фолатами и B 12 .

Федеральный закон об ограничении оборота закиси азота

Запрет на продажу и ограничение по применению закиси азота для физических лиц ввели с 1 января 2021 года Федеральным законом от 29 декабря 2020 г. № 472-ФЗ «Об ограничении оборота закиси азота в Российской Федерации». Корреспондирующие изменения внесены в Кодекс об административных правонарушениях , введена статья 6.13.1 Пропаганда закиси азота, по которой грозит штраф от 1 тысячи рублей до 150 тысяч. Кроме того, вводится уголовная ответственность по статье 238 УК РФ «Производство, хранение, перевозка либо сбыт товаров и продукции, выполнение работ или оказание услуг, не отвечающих требованиям безопасности» и статье 151 УК РФ « Вовлечение несовершеннолетнего в совершение антиобщественных действий» . Газ входит в число одурманивающих веществ, утверждённых Правительством Российской Федерации 4 августа 2021 года .

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 ~23,15 масс. % кислорода).
  • повышает скорость (интенсивность) сгорания в цилиндрах двигателя.

В реактивных двигателях

Иногда используется в качестве окислителя в однокомпонентном топливе с этаном , этиленом или ацетиленом в качестве топлива.

В пищевой промышленности

В пищевой промышленности соединение зарегистрировано в качестве пищевой добавки E942 , как пропеллент и упаковочный газ (предотвращают порчу продукта). Закись азота используется в основном для распыления пищевых продуктов.

Парниковый газ

Оксид азота(I) является сильным парниковым газом, третьим по вкладу в парниковый эффект среди антропогенных газов, после углекислого газа и метана , причем его среднее время жизни в атмосфере составляет 120 лет . Eго потенциал глобального потепления равен примерно 270 (т.е. он вызывает парниковый эффект в 270 раз сильнее углекислого газа).

Примечания

  1. (англ.) : A CRC quick reference handbook CRC Press , 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5
  2. Thompson, R.L., Lassaletta, L., Patra, P.K. et al. Acceleration of global N2O emissions seen from two decades of atmospheric inversion. — Nat. Clim. Chang. (2019) doi:10.1038/s41558-019-0613-7
  3. Joseph Priestly . . — Vol. 1. — 1775.
  4. Neil Hogg, Ravinder J. Singh, B. Kalyanaraman. (англ.) // (англ.) : journal. — 1996. — 18 March ( vol. 382 , no. 3 ). — P. 223—228 . — doi : . — . 24 сентября 2015 года.
  5. DeMaster E. G., Quast B. J., Redfern B., Nagasawa HT. (англ.) // Biochemistry : journal. — 1995. — 12 September ( vol. 34 , no. 36 ). — P. 11494—11499 . — . 17 ноября 2015 года.
  6. Jinjoo Hyun, Gautam Chaudhuri, Jon M. Fukuto. (англ.) // (англ.) : journal. — 1999. — 1 September ( vol. 27 , no. 9 ). — P. 1005—1009 . — . 4 декабря 2018 года.
  7. Jevtović-Todorović V., Todorović S. M., Mennerick S., Powell S., Dikranian K., Benshoff N., Zorumski C. F., Olney JW. (англ.) // Nat. Med. : journal. — 1998. — April ( vol. 4 , no. 4 ). — P. 460—463 . — . 16 декабря 2017 года.
  8. Christensen B., Refsum H., Garras A., Ueland PM. (англ.) // (англ.) : journal. — 1992. — June ( vol. 261 , no. 3 ). — P. 1096—1105 . — . 17 ноября 2015 года.
  9. Koblin D. D., Waskell L., Watson J. E., Stokstad E. L., Eger EI 2nd. Nitrous oxide inactivates methionine synthetase in human liver (англ.) // (англ.) : journal. — 1982. — February ( vol. 61 , no. 2 ). — P. 75—78 . — .
  10. Vijaya Sampath, Xiao-Jian Zhao, and Winslow S. Caughey. (англ.) // The Journal of Biological Chemistry : journal. — 2001. — 27 April ( vol. 276 , no. 17 ). — P. 13635—13643 . — doi : . — .
  11. Aichun Dong, Ping Huang, Xiao-Jian Zhao, Vijaya Sampath, and Winslow S. Caughey. (англ.) // The Journal of Biological Chemistry : journal. — 1994. — 30 September ( vol. 269 , no. 39 ). — P. 23911—23917 . — .
  12. Olof Einarsdottir, Winslow S. Caughey. (англ.) // The Journal of Biological Chemistry : journal. — 1988. — 5 July ( vol. 263 , no. 19 ). — P. 9199—9205 . — .
  13. Gillman M. A., Lichtigfeld FJ. Nitrous oxide acts directly at the mu opioid receptor (англ.) // (англ.) : journal. — (англ.) , 1985. — March ( vol. 62 , no. 3 ). — P. 375—376 . — .
  14. Gillman M. A., Lichtigfeld FJ. (англ.) // (англ.) : journal. — 1981. — January ( vol. 49 , no. 1 ). — P. 41—45 . — . 17 ноября 2015 года.
  15. I Chanarin. // Journal of Clinical Pathology. — 1980-10. — Т. 33 , вып. 10 . — С. 909—916 . — ISSN .
  16. R. B. Layzer. // The Lancet . — Elsevier , 1978-12-09. — Т. 2 , вып. 8102 . — С. 1227—1230 . — ISSN . 14 апреля 2019 года.
  17. . www.pnp.ru (24 сентября 2023). Дата обращения: 24 сентября 2023. 5 октября 2023 года.
  18. . РБК (29 декабря 2020). Дата обращения: 24 сентября 2023. 5 октября 2023 года.
  19. Министерство внутренних дел Российской Федерации (25 декабря 2020). Дата обращения: 24 сентября 2023. 28 марта 2023 года.

Литература

Источник —

Same as Оксид азота(I)