一氧化二氮

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一氧化二氮
IUPAC名
Dinitrogen monoxide
别名 笑氣,氧化亞氮
识别
CAS号 10024-97-2
PubChem 948
SMILES
InChI
ChEBI 17045
RTECS QX1350000
KEGG D00102
ATC代码 N01AX13
性质
化学式 N2O
摩尔质量 44.0128 g·mol⁻¹
外观 无色气体
密度 1.2228 g/cm3(液态)
1.8 g/L(气态,标准状态)
熔点 -90.86 °C (182.29 K)
沸点 -88.48 °C (184.67 K)
溶解性 0.15 g/100 ml (15 °C)
溶解性 易溶於乙醇硫酸
log P 0.35
蒸氣壓 5150 kPa (20 °C)
结构
分子构型 直线型
偶极矩 0.166D
热力学
ΔfHmo298K +82.05
药理学
消除半衰期 5 分钟
妊娠分类 C
危险性
警示术语 R:R8
安全术语 S:S38
欧盟编号 氧化劑 [O]
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
2
0
OX
相关物质
相关化学品 一氧化氮二氧化氮三氧化二氮四氧化二氮五氧化二氮硝酸亞硝酸
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

一氧化二氮Nitrous oxide),无色有甜味气体,又称笑气,是一种氧化剂,化学式N2O,在一定条件下能支持燃烧,但在室温下稳定,有轻微麻醉作用,其麻醉作用于1799年由英国化学家汉弗莱·戴维发现[1]。该气体早期被用于牙科手术的麻醉,現用在外科手術和牙科。“笑氣”的名稱是由於吸入它會感到欣快,并能致人发。一氧化二氮能溶于乙醇乙醚及浓硫酸,但不与反应。它也可以用來作為火箭賽車氧化劑,以及增加發動機的輸出功率。一氧化二氮是一种强大的温室气体,它的效果是二氧化碳的296倍。

結構[编辑]

一氧化二氮的分子是直线型结构。其中一个原子与另一个原子相连,而第二个原子又与原子相连。它可以被认为是

 \mbox{N} \equiv \mbox{N}^+ - \mbox{O}^-    和    \mbox{N}^-= \mbox{N}^+= \mbox{O}\;

共振杂化体。 注意不要将一氧化二氮和其他的氮氧化物混淆,比如二氧化氮NO2一氧化氮NO。 将一氧化二氮与沸腾汽化的碱金属反应可以生成一系列的亚硝酸盐,在高温下,一氧化二氮也可以氧化有机物

历史[编辑]

这种气体是约瑟夫·普利斯特里在1772年发现的。汉弗莱·戴维自己和他的朋友,包括诗人柯爾律治罗伯特·骚塞在16世纪90年代试验了这种气体。他们發現一氧化二氮能使病人丧失痛觉,而且吸入后仍然可以保持意識,不会神志不清。不久後笑氣就被當作麻醉剂使用,尤其在牙醫師領域。因為通常牙醫師無專職的麻醉師,而診療過程中常需要病患保持清醒,並能依命令做出口腔反應,故在此氣體給牙醫師帶來極大的便利。

生成[编辑]

方法1:小心加热硝酸铵可以生成一氧化二氮和水。

\rm NH_4NO_3 \stackrel{\Delta}{=\!=\!=\!=} N_2O  \uparrow + 2H_2O

这个反应需要控制温度于170-240 °C之间。快速加热或加热温度过高时,硝酸铵可能会爆炸性分解为氮气氧气和水,从而造成危险。硝酸銨為農業肥料的成分之一,會慢慢的分解,產生一氧化二氮,而釋放到大氣中。

方法2:用锌(或其他金属)和适当浓度的稀硝酸反应可生成硝酸盐、一氧化二氮和水。

\rm 4Zn+10HNO_3 {=\!=\!=\!=} 4Zn(NO_3)_2+N_2O+5H_2O

太浓的硝酸会产生NO2气体或是NO气体,所以此反应需要控制硝酸的浓度。

應用[编辑]

增加車輛速度[编辑]

使用氮氧加速系统的改裝車輛將一氧化二氮送入引擎,遇熱分解成氮氣氧氣,提高引擎燃燒率,增加速度。氧气有助燃作用,加快燃料燃烧。

火箭氧化劑[编辑]

一氧化二氮可以用作火箭氧化劑。這比其他氧化劑優勢化處是因為它是無毒的,在室溫下穩定,易於儲存和相對安全地進行飛行。第二個好處是可以很容易分解成呼吸的空氣

用作麻醉劑[编辑]

醫生會讓病人吸入一氧化二氮和氧氣,以降低對疼痛的感覺,同時讓病人在清醒狀態。

安全性[编辑]

人可能因為在吸入笑氣时氧氣過少而引起突然的窒息。暴露於笑氣中會短時間導致智力,視聽能力,手的靈活度降低。長期接觸可引起維生素B群缺乏症,肌肉麻痺等。

一氧化二氮的主要安全隐患在于,它是一种有分解性的麻醉剂,而且通常以加压液化的形式储存。在正常儲存時,它是很稳定的,使用起来也很安全。但是如果错误地使用,它会很容易分解而且很有可能爆炸。液态的一氧化二氮是有机物的良好溶剂,不过用它制成溶液有可能会生成一些对外界刺激敏感的爆炸性物质。一部分火箭事故由于一氧化二氮被燃料污染而发生,少量的一氧化二氮和燃料的混合物发生爆炸,随即引起剩余一氧化二氮的爆炸性分解。

經常吸入一氧化二氮,被證明會產生神經毒性,損害腦部

一氧化二氮与环境[编辑]

氮氧化物,当然也包括一氧化二氮,是一类温室气体。因此,氮氧化物是控制温室气体排放时(比如京都议定书)的主要对象。一氧化二氮本身是排在二氧化碳甲烷之后的第三大温室气体。它所能造成的温室效应的效果大约是二氧化碳的300倍。

在自然条件下,一氧化二氮主要从土壤和海洋中排出。人类耕作、生产、使用氮肥、生产尼龙还有燃烧化石燃料和其他有机物的过程增加了一氧化二氮的排放量。

一氧化二氮加速歷史[编辑]

一氧化二氮是一種助燃劑,最初是用在幫助二戰德軍飛機迅速逃離戰場,現今用於改裝汽車上,用於直線加速

參考文獻[编辑]

  1. ^ 陳炳聖. 《萬物簡史》. 源樺. 2007. ISBN 986828421X.