一氧化二氮

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一氧化二氮
IUPAC名
Dinitrogen monoxide
別名 笑氣,氧化亞氮
識別
CAS號 10024-97-2
PubChem 948
SMILES
InChI
ChEBI 17045
RTECS QX1350000
KEGG D00102
ATC代碼 N01AX13
性質
化學式 N2O
摩爾質量 44.0128 g·mol⁻¹
外觀 無色氣體
密度 1.2228 g/cm3(液態)
1.8 g/L(氣態,標準狀態)
熔點 -90.86 °C (182.29 K)
沸點 -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)
結構
分子構型 直線型
偶極矩 0.166D
熱力學
ΔfHmo298K +82.05
藥理學
消除半衰期 5 分鐘
妊娠分類 C
危險性
警示術語 R:R8
安全術語 S:S38
歐盟編號 氧化劑 [O]
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
2
0
OX
相關物質
相關化學品 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
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

一氧化二氮Nitrous oxide),無色有甜味氣體,又稱笑氣,是一種氧化劑,化學式N2O,在一定條件下能支持燃燒,但在室溫下穩定,有輕微麻醉作用,其麻醉作用於1799年由英國化學家漢弗萊·戴維發現[1]。該氣體早期被用於牙科手術的麻醉,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,並能致人發。一氧化二氮能溶於乙醇乙醚及濃硫酸,但不與反應。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。一氧化二氮是強溫室氣體

歷史[編輯]

這種氣體是約瑟夫·普利斯特里在1772年發現的。漢弗萊·戴維自己和他的朋友,包括詩人柯爾律治羅伯特·騷塞在16世紀90年代試驗了這種氣體。他們發現一氧化二氮能使病人喪失痛覺,而且吸入後仍然可以保持意識,不會神志不清。不久後笑氣就被當作麻醉劑使用,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。

製備[編輯]

方法1:小心加熱硝酸銨可以生成一氧化二氮和水。

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

這個反應需要控制溫度於170-240 °C之間。快速加熱或加熱溫度過高時,硝酸銨可能會爆炸性分解為氮氣氧氣和水,從而造成危險。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:用鋅(或其他金屬)和適當濃度的稀硝酸反應可生成硝酸鹽、一氧化二氮和水。

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

太濃的硝酸會產生NO2氣體或是NO氣體,所以此反應需要控制硝酸的濃度。

結構與性質[編輯]

一氧化二氮的分子是直線型結構。其中一個原子與另一個原子相連,而第二個原子又與原子相連。它可以被認為是

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

共振雜化體

一氧化二氮可以被氧化為更高價的氮氧化物,如一氧化氮NO和二氧化氮NO2

將一氧化二氮與沸騰汽化的鹼金屬反應可以生成一系列的亞硝酸鹽,在高溫下,一氧化二氮也可以氧化有機物

應用[編輯]

增加車輛速度[編輯]

使用氮氧加速系統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。氧氣有助燃作用,加快燃料燃燒。

火箭氧化劑[編輯]

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[編輯]

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[編輯]

人可能因為在吸入笑氣時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隱患在於,它是一種有分解性的麻醉劑,而且通常以加壓液化的形式儲存。在正常儲存時,它是很穩定的,使用起來也很安全。但是如果錯誤地使用,它會很容易分解而且很有可能爆炸。液態的一氧化二氮是有機物的良好溶劑,不過用它製成溶液有可能會生成一些對外界刺激敏感的爆炸性物質。一部分火箭事故由於一氧化二氮被燃料污染而發生,少量的一氧化二氮和燃料的混合物發生爆炸,隨即引起剩餘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

一氧化二氮與環境[編輯]

氮氧化物,當然也包括一氧化二氮,是一類溫室氣體。因此,氮氧化物是控制溫室氣體排放時(比如京都議定書)的主要對象。一氧化二氮本身是排在二氧化碳甲烷之後的第三大溫室氣體。它所能造成的溫室效應的效果大約是二氧化碳的300倍。

在自然條件下,一氧化二氮主要從土壤和海洋中排出。人類耕作、生產、使用氮肥、生產尼龍還有燃燒化石燃料和其他有機物的過程增加了一氧化二氮的排放量。

一氧化二氮加速歷史[編輯]

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[編輯]

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