Закись азота

редактировать
Бесцветный газ с формулой N2O

Закись азота
Nitrous oxide's canonical forms
Шаровидная модель с длиной связки
Модель закиси азота, заполняющая пространство
Имена
Название IUPAC Азот оксид
Другие названия Веселящий газ, сладкий воздух, закись азота, закись азота, оксид диазота, оксид диазота
Идентификаторы
Номер CAS
3D-модель ( JSmol )
Ссылка Beilstein 8137358
ChEBI
ChEMBL
  • ChEMBL1234579
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard 100.030.017 Измените это в Викиданных
E-номер E942 (глазури,...)
Справочник Гмелина 2153410
KEGG
PubChem CID
Номер RTECS
  • QX1350000
UNII
Номер ООН 1070 (сжатый). 2201 (жидкость)
Панель управления CompTox (EPA )
InChI
УЛЫБКИ
Свойства
Химическая формула N. 2O
Молярная масса 44,013 г / моль
Внешний видбесцветный газ
Плотность 1,977 г / л (газ)
Точка плавления -90,86 ° С (-131,55 ° F; 182,29 K)
Температура кипения -88,48 ° C (-127,26 ° F; 184,67 K)
Растворимость в воде 1,5 г / л (15 ° C)
Растворимость растворим в спирте, эфире, серной кислоте
log P 0,35
Давление пара 5150 кПа (20 ° C)
Магнитный восприимчивость (χ)-18,9 · 10 см / моль
Показатель преломления (nD)1.000516 (0 ° C, 101,325 кПа)
Вязкость 14,90 мкПа · с
Структура
Форма молекулы линейная, C ∞v
Дипольный момент 0,166 D
Термохимия
Стандартная молярная. энтропия (S 298)219,96 Дж / (K · моль)
Стандартная энтальпия образования. (ΔfH298)+82,05 кДж / моль
Фармакология
Код АТС N01AX13 (ВОЗ )
Беременность. категория
  • US:C (риск не исключен)
Пути введения. Вдыхание
Фармакокинетика :
Метаболизм 0,004%
Период полувыведения из организма 5 минут
Выделение Респираторные органы
Опасности
Паспорт безопасности Ilo.org, ICSC 0067
NFPA 704 (огненный алмаз)NFPA 704 четырехцветный алмаз 0 2 0 OX
Температура вспышки Негорючие
Родственные соединения
Связанные азот оксиды Оксид азота. Триоксид азота. Двуокись азота. Двуокись азота. Пятиокись азота
Родственные соединенияНитрат аммония. Азид
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒ N (что такое ?)
Ссылки на инфобокс

Закись азота, широко известная как веселящий газ или закись азота, представляет собой химическое соединение, оксид азота с формулой N. 2O. При комнатной температуре это бесцветный негорючий газ с легким металлическим запахом и вкусом. При повышенных температурах закись азота является мощным окислителем, подобным молекулярному кислороду. Растворим в воде.

Закись азота широко используется в медицине, особенно в хирургии и стоматологии, для ее анестетика и обезболивающие эффекты. Его разговорное название «веселящий газ», придуманное Хэмфри Дэви, связано с эйфорическим эффектом при его вдыхании - свойством, которое привело к его рекреационному использованию в качестве диссоциативного анестетика. Он включен в Список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения, самые безопасные и эффективные лекарства, необходимые в системе здравоохранения. Он также используется в качестве окислителя в ракетном топливе и в автоспорте для увеличения выходной мощности двигателей .

Закись азота в небольших количествах присутствует в атмосфере, но было обнаружено, что он является основным поглотителем стратосферного озона, с воздействием, сравнимым с воздействием ХФУ. Подсчитано, что 30% N. 2O в атмосфере является результатом деятельности человека, главным образом сельского хозяйства и промышленности. Являясь третьим по значимости долгоживущим парниковым газом, закись азота вносит существенный вклад в глобальное потепление.

Содержание

  • 1 Использует
    • 1.1 Ракетные двигатели
    • 1.2 Двигатель внутреннего сгорания
    • 1.3 Пропеллент аэрозоля
    • 1.4 Медицина
    • 1.5 Рекреационное использование
  • 2 Безопасность
    • 2.1 Умственные и физические нарушения
    • 2.2 Нейротоксичность и нейрозащита
    • 2.3 Повреждение ДНК
    • 2.4 Кислородная депривация
    • 2,5 Витамин B 12 дефицит
    • 2,6 Внутриутробное развитие
    • 2,7 Химические / физические риски
  • 3 Механизм действия
    • 3,1 Эйфорический эффект
    • 3,2 Анксиолитический эффект
    • 3,3 Анальгетик эффект
  • 4 Свойства и реакции
  • 5 История
    • 5.1 Раннее использование
    • 5.2 Использование анестетика
    • 5.3 Как патентованное лекарство
  • 6 Производство
    • 6.1 Промышленные методы
    • 6.2 Лабораторные методы
  • 7 Атмосферные явления
    • 7.1 Выбросы по источникам
    • 7.2 Биологические процессы
  • 8 Воздействие на окружающую среду
    • 8.1 Парниковый эффект
    • 8.2 Истощение озонового слоя
  • 9 Законность
  • 10 S ее также
  • 11 Ссылки
  • 12 Внешние ссылки

Использование

Ракетные двигатели

Закись азота может использоваться в качестве окислителя в ракетный мотор. Это выгодно по сравнению с другими окислителями в том, что он намного менее токсичен, а из-за его стабильности при комнатной температуре его также легче хранить и относительно безопасно выполнять в полете. В качестве вторичного преимущества он может легко разлагаться с образованием воздуха для дыхания. Его высокая плотность и низкое давление хранения (при поддержании низкой температуры) позволяют ему быть очень конкурентоспособными с системами хранения газа высокого давления.

В патенте 1914 года американский пионер ракет Роберт Годдард предложил закись азота и бензин в качестве возможного топлива для жидкостных ракет. Закись азота является предпочтительным окислителем в нескольких конструкциях гибридных ракет (использующих твердое топливо с жидким или газообразным окислителем). Комбинация закиси азота с топливом из полибутадиена с концевыми гидроксильными группами использовалась SpaceShipOne и другими. Он также особенно используется в любительской и ракетной технике большой мощности с различными пластиками в качестве топлива.

Закись азота также может использоваться в ракете на монотопливе. В присутствии нагретого катализатора N. 2O будет экзотермически разлагаться на азот и кислород при температуре приблизительно 1070 ° F (577 ° C). Из-за большого тепловыделения каталитическое действие быстро становится вторичным, поскольку термическое саморазложение становится преобладающим. В вакуумном двигателе это может обеспечить удельный импульс (Ispмонотопливного топлива ) длительностью до 180 с. Хотя он заметно меньше I sp, доступного в двигателях гидразина (монотопливо или двухкомпонентное топливо с тетроксидом диазота ), пониженная токсичность делает закись азота вариантом, заслуживающим изучения.

Считается, что закись азота дефлагрирует при приблизительно 600 ° C (1112 ° F) и давлении 309 фунтов на квадратный дюйм (21 атмосфера). Например, при 600 psi необходимая энергия зажигания составляет всего 6 джоулей, тогда как N. 2O при 130 psi подводимой энергии зажигания в 2500 джоулей недостаточно.

Двигатель внутреннего сгорания.

В транспортном средстве гоночный закись азота (часто называемая просто «закись азота ») позволяет двигателю сжигать больше топлива, обеспечивая больше кислорода во время сгорания. Увеличение количества кислорода позволяет увеличить впрыск топлива, позволяя двигателю производить больше мощности двигателя. Газ негорючий при низком давлении / температуре, но он доставляет больше кислорода, чем атмосферный воздух, разлагаясь при повышенных температурах, примерно 570 градусов F (~ 300 ° C). Поэтому его часто смешивают с другим топливом, которое легче сгорать. Закись азота - сильный окислитель, примерно эквивалентен перекиси водорода и намного более сильный, чем газообразный кислород.

Закись азота хранится в виде сжатой жидкости; испарение и расширение жидкой закиси азота во впускном коллекторе вызывает большое падение температуры всасываемого заряда, что приводит к более плотному заряду, что дополнительно позволяет большему количеству топливовоздушной смеси поступать в цилиндр. Иногда закись азота впрыскивается во впускной коллектор (или перед ним), тогда как другие системы впрыскивают его непосредственно перед цилиндром (прямой впрыск) для увеличения мощности.

Этот метод использовался во время Второй мировой войны самолетами Люфтваффе с системой GM-1 для увеличения выходной мощности авиационные двигатели. Первоначально предназначенный для обеспечения превосходных высотных характеристик стандартным самолетам Люфтваффе, технологические соображения ограничили его использование исключительно большими высотами. Соответственно, он использовался только специализированными самолетами, такими как высотный разведывательный самолет, высокоскоростной бомбардировщик и высотный самолет-перехватчик. Иногда его можно было найти на самолетах Люфтваффе, также оснащенных другой системой наддува двигателя, MW 50, формой впрыска воды для авиационных двигателей, которые использовали метанол для его возможности повышения.

Одна из основных проблем использования закиси азота в поршневом двигателе заключается в том, что она может производить достаточно мощности, чтобы повредить или разрушить двигатель. Возможны очень большие увеличения мощности, и если механическая конструкция двигателя не усилена должным образом, двигатель может быть серьезно поврежден или разрушен во время такого рода работы. При добавлении закиси азота в бензиновых двигателях очень важно поддерживать надлежащие рабочие температуры и уровни топлива, чтобы предотвратить «преждевременное зажигание» или «детонацию» (иногда называемую «детонацией»). "). Большинство проблем, связанных с закисью азота, возникают не из-за механического отказа из-за увеличения мощности. Поскольку закись азота пропускает в цилиндр гораздо более плотный заряд, это резко увеличивает давление в цилиндре. Повышенное давление и температура могут вызвать такие проблемы, как плавление поршня или клапанов. Это также может треснуть или деформировать поршень или головку и вызвать преждевременное воспламенение из-за неравномерного нагрева.

Жидкая закись азота автомобильного качества немного отличается от закиси азота медицинского качества. Небольшое количество диоксида серы (SO. 2) добавляют для предотвращения злоупотребления психоактивными веществами. Многократная промывка через основание (например, гидроксид натрия ) может удалить это, уменьшая коррозионные свойства, наблюдаемые при дальнейшем окислении SO. 2во время сгорания до серной кислоты, что делает выбросы более чистыми.

Аэрозольный пропеллент

Пищевой N. 2O зарядные устройства для взбитых сливок

Газ одобрен для использования в качестве пищевой добавки (номер E : E942), в частности, как пропеллент для аэрозольного распыления. Его наиболее распространенное использование в этом контексте - аэрозольные баллончики со взбитыми сливками и кулинарные спреи.

. Этот газ чрезвычайно растворим в жирных соединениях. В аэрозольных взбитых сливках он растворяется в жирных сливках до тех пор, пока не выйдет из банки, когда он станет газообразным и, таким образом, образует пену. При таком использовании получается взбитые сливки, которые в четыре раза больше жидкости, тогда как взбивание сливок воздухом дает только вдвое больший объем. Если бы воздух использовался в качестве пропеллента, кислород ускорил бы прогорклость молочного жира, но закись азота препятствует такому разложению. Углекислый газ нельзя использовать для взбитых сливок, потому что он кислый в воде, который свернет сливки и придаст им ощущение «игристости», напоминающее зельтер.

Взбитые сливки, полученные с использованием закиси азота, нестабильны и возвращаются в более жидкое состояние в течение получаса до одного часа. Таким образом, метод не подходит для украшения блюд, которые не будут поданы сразу.

В декабре 2016 года некоторые производители сообщили о нехватке аэрозольных взбитых кремов в Соединенных Штатах из-за взрыва на предприятии Air Liquide закиси азота в Флориде в конце Август. В связи с отключением крупного предприятия из-за сбоя возникла нехватка, в результате чего компания перенаправила поставки закиси азота медицинским клиентам, а не производству продуктов питания. Дефицит возник в период Рождества и праздников, когда потребление консервированных взбитых сливок обычно достигает максимума.

Аналогично, спрей для приготовления пищи, который изготавливается из различных типов масла, объединенные с лецитином (эмульгатором ), могут использовать закись азота в качестве пропеллента. Другие пропелленты, используемые в кулинарных спреях, включают пищевой спирт и пропан.

Медицина

N. 2O медицинского класса, используемые в стоматологии

Закись азота имеет используется в стоматологии и хирургии как обезболивающее и обезболивающее с 1844 года. Раньше газ вводили через простые ингаляторы, состоящие из дыхательного мешка из резиновой ткани. Сегодня газ вводится в больницах с помощью автоматического аппарата относительной анальгезии, с испарителем анестетика и аппаратом искусственной вентиляции легких, который подает точно дозированное и управляемый дыханием поток закиси азота , смешанной с кислородом в соотношении 2: 1.

Закись азота является слабым общим анестетиком, поэтому обычно не используется отдельно в общей анестезии, но используется в качестве газа-носителя (в смеси с кислородом) для более сильных общих анестетиков, таких как севофлуран или десфлуран. Он имеет минимальную альвеолярную концентрацию 105% и коэффициент распределения кровь / газ 0,46. Однако использование закиси азота для анестезии может увеличить риск послеоперационной тошноты и рвоты.

Стоматологи используют более простой аппарат, который доставляет пациенту только смесь N. 2O / O. 2. вдохните в сознании. Пациент находится в сознании на протяжении всей процедуры и сохраняет адекватные умственные способности, чтобы отвечать на вопросы и инструкции стоматолога.

Вдыхание закиси азота часто используется для облегчения боли, связанной с родами, травма, хирургия полости рта и острый коронарный синдром (включая сердечные приступы). Было показано, что его использование во время родов является безопасным и эффективным средством помощи при родах. Его польза от острого коронарного синдрома неизвестна.

В Великобритании и Канаде Энтонокс и Нитронокс обычно используются бригадами скорой помощи (включая незарегистрированных практикующих) в качестве быстрого и высокоэффективного обезболивающего газа.

Пятьдесят процентов закиси азота можно рассмотреть для использования обученными непрофессиональными специалистами по оказанию первой помощи в догоспитальных условиях, учитывая относительную легкость и безопасность введения 50% закиси азота в качестве обезболивающего. Быстрая обратимость его действия также помешала бы ему исключить возможность постановки диагноза.

Рекреационное использование

Акватинта изображение вечеринки с веселящим газом в девятнадцатом веке, Томас Роулендсон Уиппит остатки (небольшие стальные канистры) употребления рекреационных наркотиков, Нидерланды, 2017

Рекреационное вдыхание закиси азота с целью вызвать эйфорию и / или легкую галлюцинации, начавшиеся как явление для высшего класса Великобритании в 1799 году, известные как «вечеринки веселящего газа».

Начиная с девятнадцатого века, повсеместная доступность газа для медицинских и кулинарных целей позволила использовать его в рекреационных целях во всем мире. В Соединенном Королевстве по состоянию на 2014 год закись азота использовалась почти полмиллионом молодых людей в ночных клубах, на фестивалях и вечеринках. Законность такого использования сильно различается от страны к стране и даже от города к городу в некоторых странах.

Широко распространенное рекреационное употребление наркотиков по всей Великобритании было показано в документальном фильме Vice Inside The Laughing Gas Black Market в 2017 г., в котором журналист Мэтт Ши встретился с дилерами наркотик, который украл его из больниц, хотя канистры с закисью азота доступны в Интернете, поэтому случаи краж из больниц, как ожидается, будут крайне редкими.

В лондонской прессе упоминается значительная проблема, связанная с засорением баллонов с закисью азота, которое очень заметно и вызывает серьезные жалобы со стороны населения.

Безопасность

Основные угрозы безопасности закиси азота происходит из-за того, что это сжатый сжиженный газ, риск удушья и диссоциативный анестетик.

Несмотря на то, что закись азота относительно нетоксична, она оказывает ряд признанных вредных эффектов на здоровье человека, будь то вдыхание или контакт жидкости с кожей или глазами.

Закись азота представляет собой значительную профессиональную опасность для хирургов, стоматологов и медсестер. Поскольку закись азота метаболизируется у людей минимально (0,004%), она сохраняет свою эффективность при выдохе пациентом в комнату и может представлять опасность для персонала клиники при длительном воздействии отравления, если помещение плохо вентилируется. При подаче закиси азота для предотвращения скопления отработанного газа используется система непрерывной вентиляции свежим воздухом или система нейтрализации N. 2O .

Национальный институт охраны труда рекомендует контролировать воздействие закиси азота на рабочих во время введения анестезирующего газа медицинским, стоматологическим и ветеринарным операторам. Он устанавливает рекомендуемый предел воздействия (REL) 25 ppm (46 мг / м) для выхода анестетика.

Психические и ручные нарушения

Воздействие закиси азота вызывает кратковременное снижение умственной работоспособности, аудиовизуальных способностей и ловкости рук. Эти эффекты в сочетании с индуцированной пространственной и временной дезориентацией могут привести к физическому ущербу для пользователя от опасностей окружающей среды.

Нейротоксичность и нейрозащита

Подобно другим антагонистам рецепторов NMDA, N Предполагалось, что. 2O вызывает нейротоксичность в форме поражений Олни у грызунов при длительном (несколько часов) воздействии. Новое исследование показало, что поражения Олни не возникают у людей, и аналогичные препараты, такие как кетамин, теперь считаются не очень нейротоксичными. Утверждалось, что, поскольку N. 2O имеет очень короткую продолжительность при нормальных обстоятельствах, он менее вероятно будет нейротоксичным, чем другие антагонисты NMDAR. Действительно, у грызунов кратковременное воздействие приводит только к легким травмам, которые быстро обратимы, а гибель нейронов наступает только после постоянного и продолжительного воздействия. Закись азота также может вызывать нейротоксичность после длительного воздействия из-за гипоксии. Это особенно верно в отношении немедицинских составов, таких как зарядные устройства для взбитых сливок (также известные как «уиппеты» или «нанги»), которые никогда не содержат кислорода, поскольку кислород делает сливки прогорклыми.

Кроме того, закись азота снижает уровень витамина B 12. Это может вызвать серьезную нейротоксичность, если у пользователя уже имеется дефицит витамина B 12.

Закись азота в количестве 75% по объему снижает вызванную ишемией гибель нейронов, вызванную окклюзией средней мозговой артерии у грызунов, и снижает NMDA- индуцированный приток Са в культуры нейрональных клеток, критическое событие, связанное с эксайтотоксичностью.

повреждением ДНК

Профессиональное воздействие закиси азота из окружающей среды было связано с повреждением ДНК из-за прерывания синтеза ДНК. Эта корреляция зависит от дозы и, по-видимому, не распространяется на случайное использование в рекреационных целях; однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить продолжительность и количество воздействия, необходимого для нанесения ущерба.

Кислородная депривация

Если вдыхать чистый закись азота без примеси кислорода, это может в конечном итоге привести к кислородной недостаточности, что приведет к потере артериального давления, обморокам и даже сердечным приступам. Это может произойти, если пользователь постоянно вдыхает большие количества, как в случае с надетой маской, подсоединенной к баллону с газом. Это также может произойти, если пользователь чрезмерно задерживает дыхание или использует любую другую систему ингаляции, которая перекрывает подачу свежего воздуха.

Витамин B 12дефицит

Длительное воздействие к закиси азота может вызвать дефицит витамина B 12. Он инактивирует кобаламинную форму витамина B 12путем окисления. Симптомы дефицита витамина B 12, включая сенсорную нейропатию, миелопатию и энцефалопатию, могут возникать в течение нескольких дней или недель после воздействия анестезии закисью азота у людей с субклинический дефицит витамина B 12.

Симптомы лечат высокими дозами витамина B 12, но выздоровление может быть медленным и неполным.

У людей с нормальным уровнем витамина B 12есть запасы, чтобы использовать закись азота. оксид незначительный, если воздействие не повторяется и не длительное (злоупотребление закисью азота). Уровень витамина B 12следует проверять у людей с факторами риска дефицита витамина B 12перед применением анестезии закисью азота.

Пренатальное развитие

Несколько экспериментальных исследований на крысах показывают, что хроническое Воздействие закиси азота на беременных женщин может иметь неблагоприятные последствия для развивающегося плода.

Химические / физические риски

При комнатной температуре (20 ° C [68 ° F]) давление насыщенного пара составляет 50,525 бар, повышаясь до 72,45 бар при 36,4 ° C (97,5 ° F) - критическая температура. Таким образом, кривая давления необычно чувствительна к температуре.

Как и в случае со многими сильными окислителями, загрязнение деталей топливом было связано с авариями на ракетной технике, когда небольшие количества смесей азота и топлива взрываются из-за "воды" эффекты, подобные молотку (иногда называемые «дизельным» - нагревание из-за адиабатического сжатия газов может достигать температур разложения). Некоторые распространенные строительные материалы, такие как нержавеющая сталь и алюминий, могут действовать как топливо с сильными окислителями, такими как закись азота, а также загрязняющие вещества, которые могут воспламениться из-за адиабатического сжатия.

Также были инциденты, когда закись азота разлагалась в водопроводе привело к взрыву больших резервуаров.

Механизм действия

Фармакологический механизм действия N. 2O в медицине полностью не известен. Однако было показано, что он напрямую модулирует широкий диапазон лиганд-управляемых ионных каналов, и это, вероятно, играет важную роль во многих его эффектах. Он умеренно блокирует NMDAR и β2-субъединица, содержащие каналы nACh, слабо ингибирует AMPA, каинат, ГАМК C и 5-HT 3рецепторы и слегка потенцирует ГАМК A и рецепторы глицина. Также было показано, что он активирует двухпоровые K. каналы. Хотя N. 2O влияет на довольно много ионных каналов, его анестезирующие, галлюциногенные и эйфориантные эффекты, вероятно, вызываются преимущественно или полностью через ингибирование опосредованных рецептором NMDA токов. Помимо воздействия на ионные каналы, N. 2O может имитировать оксид азота (NO) в центральной нервной системе, и это может быть связано с его анальгетиком и анксиолитические свойства. Закись азота растворяется в 30-40 раз больше, чем азот.

Эффекты от вдыхания субанестетических доз закиси азота, как известно, различаются в зависимости от нескольких факторов, включая настройки и индивидуальные различия; однако из своего обсуждения Джей (2008) предполагает, что достоверно известно, что он вызывает следующие состояния и ощущения:

  • Интоксикация
  • Эйфория/дисфория
  • Пространственная дезориентация
  • Временная дезориентация
  • Пониженная болевая чувствительность

У меньшинства пользователей также будут неконтролируемые вокализации и мышечные спазмы. Эти эффекты обычно исчезают через несколько минут после удаления источника закиси азота.

Эйфорический эффект

У крыс N. 2O стимулирует мезолимбический путь вознаграждения, вызывая высвобождение дофамина и активация допаминергических нейронов в вентральной тегментальной области и прилежащем ядре, предположительно за счет антагонизации Рецепторы NMDA локализованы в системе. Это действие было связано с его эйфорическими эффектами и, в частности, по-видимому, усиливает его анальгетические свойства.

Однако примечательно, что у мышей N. 2O блокирует амфетамин -индуцированное носителем-опосредованное высвобождение дофамина в прилежащем ядре и поведенческая сенсибилизация отменяет условное предпочтение места (CPP) кокаина и морфина, и сам по себе не производит усиливающих (или отталкивающих) эффектов. Эффекты CPP N. 2O у крыс смешанные, состоящие из подкрепления, отвращения и отсутствия изменений. Напротив, он является положительным подкреплением у беличьих обезьян и хорошо известен как наркотик, вызывающий злоупотребление у людей. Эти расхождения в ответе на N. 2O могут отражать видовые различия или методологические различия. В клинических исследованиях на людях было обнаружено, что N. 2O вызывает смешанные ответы, как и у крыс, что отражает высокую субъективную индивидуальную изменчивость.

Анксиолитический эффект

В поведенческих тестах тревожности, низкая доза N. 2O является эффективным анксиолитическим, и этот успокаивающий эффект связан с повышенной активностью рецепторов ГАМК A, поскольку он частично нейтрализуется антагонисты бензодиазепиновых рецепторов . Отражая это, животные, у которых развилась толерантность к анксиолитическим эффектам бензодиазепинов, частично толерантны к N. 2O. Действительно, у людей, получавших 30% N. 2O, антагонисты бензодиазепиновых рецепторов уменьшали субъективные сообщения о чувстве «кайфа», но не влияли на психомоторные характеристики в клинических исследованиях на людях.

Обезболивающий эффект

Анальгетический эффект N. 2O связан с взаимодействием между эндогенной опиоидной системой и нисходящей норадренергической системой. Когда животным дают морфин хронически, у них развивается толерантность к его обезболивающему эффекту, и это также делает животных толерантными к анальгетическим эффектам N. 2O. Введение антител, которые связывают и блокируют активность некоторых эндогенных опиоидов (не β-эндорфин ), также блокируют антиноцицептивные эффекты N. 2O. Лекарства, ингибирующие расщепление эндогенных опиоидов, также усиливают антиноцицептивные эффекты N. 2O. Несколько экспериментов показали, что антагонисты опиоидных рецепторов, наносимые непосредственно на мозг, блокируют антиноцицептивные эффекты N. 2O, но эти препараты не действуют при введении в спинной мозг.

И наоборот, α2-адренорецептор антагонисты блокируют болеутоляющее действие N747>O при введении непосредственно в спинной мозг, но не при непосредственном воздействии на мозг. Действительно, мыши с нокаутом по α2B-адренорецептору или животные, истощенные по норэпинефрину, почти полностью устойчивы к антиноцицептивным эффектам N. 2O. Очевидно, индуцированное N. 2O высвобождение эндогенных опиоидов вызывает растормаживание норадренергических нейронов ствола мозга, которые выделяют норадреналин в спинной мозг и подавляют передачу сигналов боли. Остается неясным, как именно N. 2O вызывает высвобождение эндогенных опиоидных пептидов.

Свойства и реакции

Закись азота - это бесцветный нетоксичный газ со слабым сладким запахом.

Закись азота поддерживает горение, высвобождая диполярно связанный кислородный радикал, и, таким образом, может повторно зажечь светящуюся шину..

N. 2O инертен при комнатной температуре и имеет мало реакций. При повышенных температурах его реакционная способность увеличивается. Например, закись азота реагирует с NaNH. 2при 460 K (187 ° C) с образованием NaN. 3:

2 NaNH. 2+ N. 2O → NaN. 3+ NaOH + NH. 3

. Реакция - это путь, принятый коммерческой химической промышленностью для производства солей азидов, которые используются в качестве детонаторов.

История

Впервые газ был синтезирован в 1772 г. 113>естествоиспытатель и химик Джозеф Пристли, назвавший его флогистированным азотистым воздухом (см. теория флогистона ) или легковоспламеняющимся азотистым воздухом. Пристли опубликовал свое открытие в книге Эксперименты и наблюдения на различных видах воздуха (1775), где он описал, как получить препарат «с пониженным содержанием азота в воздухе» путем нагревания железных опилок, смоченных азотной кислотой. кислота.

Раннее использование

«ЖИЗНЬ - ПРОСТАЯ». Сатирическая гравюра 1830 года, на которой Хамфри Дэви вводит дозу веселящего газа женщине

Первое важное применение закиси азота стало возможным благодаря Томасу Беддо и Джеймсу Ватту, которые вместе опубликовали книгу «Соображения по медицинскому использованию и производству вымышленных сюжетов» (1794). Эта книга была важна по двум причинам. Во-первых, Джеймс Ватт изобрел новую машину для производства «искусственного воздуха» (то есть закиси азота) и новый «дыхательный аппарат» для вдыхания газа. Во-вторых, в книге также представлены новые медицинские теории Томаса Беддо, что туберкулез и другие заболевания легких можно лечить путем вдыхания «Factitious Airs».

Сэр Хамфри Дэви ' s Исследования в области химии и философии: в основном касаются закиси азота (1800), страницы 556 и 557 (справа), в которых излагаются потенциальные анестезирующие свойства закиси азота для облегчения боли во время операции

Устройство для создания «Factitious Airs» состояло из трех частей: печь для сжигания необходимого материала, сосуд с водой, через который образовавшийся газ проходил по спиральной трубе (для «смывания» примесей), и, наконец, газовый баллон с газометром, в котором производимый газ, «воздух», мог быть вставленным в переносные воздушные мешки (сделанные из герметичного маслянистого шелка). Дыхательный аппарат состоял из одной из переносных подушек безопасности, соединенных трубкой с мундштуком. Когда к 1794 году было спроектировано и произведено это новое оборудование, была подготовлена ​​почва для клинических испытаний, которые начались в 1798 году, когда Томас Беддоус основал «Институт пневматики для Избавление от болезней медицинским воздухом »в Hotwells (Бристоль ). В подвале здания огромная установка производила газы под наблюдением молодого Хамфри Дэви, которого поощряли экспериментировать с новыми газами, которые пациенты могли вдыхать. Первой важной работой Дэви было исследование закиси азота и публикация его результатов в книге «Исследования, химические и философские исследования» (1800 г.). В этой публикации Дэви отмечает обезболивающий эффект закиси азота на странице 465 и ее потенциал для использования при хирургических операциях на странице 556. Дэви придумал название «веселящий газ» для закиси азота.

Несмотря на открытие Дэви, что вдыхание закиси азота могло избавить человека от боли, прошло еще 44 года, прежде чем врачи попытались использовать ее для анестезии. Использование закиси азота в качестве рекреационного наркотика на «вечеринках веселящего газа», в первую очередь предназначенных для высшего класса Великобритании, сразу же стало успешным, начиная с 1799 года. обычно заставляют пользователя казаться оцепеневшим, мечтательным и успокоенным, некоторые люди также «хихикают» в состоянии эйфории и часто разражаются смехом.

Одним из первых коммерческих продюсеров в США был Джордж По, двоюродный брат поэта Эдгар Аллан По, который также был первым, кто сжижил газ.

Использование анестетиков

Впервые закись азота была в качестве анестетика при лечении пациента использовался стоматолог Гораций Уэллс с помощью Гарднера Куинси Колтона и Джона Манки Риггса, продемонстрировал нечувствительность к боли при удалении зуба 11 декабря 1844 года. В следующие недели Уэллс лечил первых 12-15 пациентов закисью азота в Хартфорде, Коннектикут, и, согласно его собственным данным, проиграл только в двух случаях. Несмотря на то, что Уэллс сообщил об этих убедительных результатах медицинскому обществу в Бостоне в декабре 1844 года, этот новый метод не сразу был принят другими стоматологами. Причина этого, скорее всего, заключалась в том, что Уэллс в январе 1845 года на своей первой публичной демонстрации перед медицинским факультетом в Бостоне был частично неудачным, что оставило его коллегам сомнения относительно его эффективности и безопасности. Этот метод не получил широкого распространения до 1863 года, когда Гарднер Куинси Колтон успешно начал использовать его во всех своих клиниках «Стоматологической ассоциации Колтона», которые он только что основал в Нью-Хейвене и Нью-Йорк. В течение следующих трех лет Колтон и его сотрудники успешно вводили закись азота более чем 25 000 пациентов. Сегодня закись азота используется в стоматологии как анксиолитик, поскольку в качестве дополнения к местному анестетику.

закись азота не оказалась достаточно сильным анестетиком для использования в крупных хирургических вмешательствах в больницах. Однако. Вместо этого диэтиловый эфир, являющийся более сильным и сильнодействующим анестетиком, был продемонстрирован и принят к применению в октябре 1846 года вместе с хлороформом в 1847 году. Когда Джозеф Томас Кловер изобрел "газоэфирный ингалятор" в 1876 году, однако в больницах стало обычной практикой начинать все анестезиологические процедуры с легкого потока закиси азота, а затем постепенно увеличивать анестезию более сильным эфиром. или хлороформ. Газоэфирный ингалятор Clover был разработан для одновременного обеспечения пациента закисью азота и эфиром, причем точная смесь контролировалась оператором устройства. До 1930-х годов он использовался во многих больницах. Хотя сегодня в больницах используется более совершенный наркозный аппарат, в этих аппаратах по-прежнему используется тот же принцип, что и в газоэфирном ингаляторе Clover, для инициирования анестезии закисью азота перед введением более мощного анестетика.

Как патентное лекарство

Популяризация закиси азота Колтоном привела к ее принятию рядом менее уважаемых шарлатанов, которые рекламировали ее как лекарство от чахотка, золотуха, катар и другие заболевания крови, горла и легких. Лечение закисью азота проводилось и было лицензировано как патентное лекарство такими, как C. Л. Блад и Джером Харрис в Бостоне и Чарльз Э. Барни из Чикаго.

Производство

Опубликован обзор различных методов получения закиси азота.

Промышленные методы

Производство закиси азота

Закись азота получают в промышленных масштабах путем осторожного нагревания нитрата аммония при температуре около 250 ° C, который разлагается на закись азота и водяной пар.

NH. 4NO. 3→ 2 H. 2 O + N. 2O

Добавление различных фосфатных солей способствует образованию более чистого газа при несколько более низких температурах. Эту реакцию может быть трудно контролировать, что приводит к детонации.

Лабораторные методы

Разложение нитрата аммония также является обычным лабораторным методом приготовления газа. Эквивалентно его можно получить путем нагревания смеси нитрата натрия и сульфата аммония :

2 NaNO. 3+ (NH. 4)2SO. 4→ Na. 2SO. 4+ 2 N. 2O + 4 H. 2O.

Другой метод включает реакцию мочевины, азотной кислоты и серной кислоты:

2 (NH 2)2CO + 2 HNO. 3+ H. 2SO. 4→ 2 N. 2O + 2 CO. 2+ (NH 4)2SO4+ 2H. 2O.

Сообщалось о прямом окислении аммиака с катализатором диоксид марганца - оксид висмута : см. процесс Оствальда.

2 NH. 3+ 2 O. 2→ N. 2O + 3 H. 2O

Хлорид гидроксиламмония реагирует с нитритом натрия с образованием закиси азота. добавленный к раствору гидроксиламина, единственным оставшимся побочным продуктом является соленая вода. Однако если раствор гидроксиламина добавить к раствору нитрита (нитрит в избытке), то также образуются токсичные высшие оксиды азота:

NH. 3OHCl + NaNO. 2→ N. 2O + NaCl + 2 H. 2O

Также была продемонстрирована обработка HNO. 3SnCl. 2и HCl:

2 HNO. 3+ 8 HCl + 4 SnCl. 2→ 5 H. 2O + 4 SnCl. 4+ N. 2O

Азотистая кислота разлагается до N 2O и воды с периодом полураспада 16 дней при 25 ° C и pH 1-3.

H2N2O2→ H 2O + N 2O

Атмосферное происхождение

Закись азота является второстепенным компонентом атмосферы Земли, в настоящее время с концентрацией около 0,330 ppm.

Выбросы с разбивкой по источникам

По оценкам 2010 г., около 29,5 млн тонн N. 2O (содержащего 18,8 млн тонн азота) были входить в атмосферу каждый год; из которых 64% были естественными, а 36% - результатом деятельности человека.

Большая часть N. 2O, выбрасываемого в атмосферу из естественных и антропогенных источников, производится микроорганизмами такие как бактерии и грибы в почвах и океанах. Почвы под естественной растительностью являются важным источником закиси азота, на которую приходится 60% всех естественных выбросов. К другим естественным источникам относятся океаны (35%) и химические реакции в атмосфере (5%).

Исследование 2019 года показало, что выбросы от таяния вечной мерзлоты в 12 раз выше, чем предполагалось ранее.

Основные Компонентами антропогенных выбросов являются удобренные сельскохозяйственные почвы и навоз домашнего скота (42%), сток и вымывание удобрений (25%), сжигание биомассы (10%), сжигание ископаемого топлива и промышленные процессы (10%), биологическая деградация других азотных содержащие выбросы в атмосферу (9%) и бытовые сточные воды (5%). Сельское хозяйство увеличивает производство закиси азота за счет обработки почвы, использования азотных удобрений и обработки отходов животноводства. Эти действия стимулируют естественные бактерии производить больше закиси азота. Выбросы закиси азота из почвы может быть сложно измерить, поскольку они заметно варьируются во времени и пространстве, и большая часть годовых выбросов может происходить, когда условия благоприятны в «горячие моменты» и / или в благоприятных местах, известных как «горячие точки».

Среди промышленных выбросов производство азотной кислоты и адипиновой кислоты является крупнейшими источниками выбросов закиси азота. Выбросы адипиновой кислоты, в частности, возникают в результате разложения промежуточного соединения нитроловой кислоты, полученного в результате нитрования циклогексанона.

Биологические процессы

Природные процессы, приводящие к образованию закиси азота, можно классифицировать как нитрификация и денитрификация. В частности, они включают:

  • аэробную автотрофную нитрификацию, ступенчатое окисление аммиака (NH. 3) до нитрита (NO. 2) и до нитрата (NO. 3)
  • анаэробная гетеротрофная денитрификация, ступенчатое восстановление NO. 3до NO. 2, оксида азота (NO), N. 2O и, наконец, N. 2, где факультативные анаэробные бактерии используют NO. 3в качестве акцептора электронов при дыхании органического материала в условиях недостаточного количества кислорода (O. 2)
  • нитрификатор, денитрификация, который осуществляется автотрофными NH. 3-окисляющими бактериями, и путь, по которому аммиак (NH <748)>) окисляется до нитрита (NO. 2) с последующим восстановлением NO. 2до оксида азота (NO), N. 2O и молекулярного азота (N. 2)
  • гетеротрофная нитрификация
  • аэробная денитрификация теми же гетеротрофными нитрификаторами
  • грибковая денитрификация
  • небиологическая хемоденитрификация

На эти процессы влияют химические и физические свойства почвы, такие как наличие минерального азота и органических веществ, кислотность и тип почвы, а также связанные с климатом факторы, такие как температура почвы и содержание воды.

Выбросы газа в атмосферу в значительной степени ограничены его потреблением внутри клеток за счет процесса, катализируемого ферментом редуктазой закиси азота.

Воздействие на окружающую среду

Парниковый эффект

Тенденции парниковых газов

Закись азота имеет значительный потенциал глобального потепления как парниковый газ. В расчете на одну молекулу за 100-летний период закись азота имеет в 298 раз большую способность удерживать тепло в атмосфере, чем диоксид углерода (CO. 2); однако из-за его низкой концентрации (менее 1/1000 концентрации CO. 2) его вклад в парниковый эффект составляет менее одной трети, чем у диоксида углерода, а также меньше, чем у водяного пара. и метан. С другой стороны, поскольку 38% или более N. 2O, попадающего в атмосферу, являются результатом деятельности человека, а его концентрация увеличилась на 15% с 1750 года, контроль закиси азота считается частью усилий по ограничению выбросов парниковых газов.

Исследование 2008 года, проведенное лауреатом Нобелевской премии Полом Крутценом, предполагает, что количество выбросов закиси азота, связанное с сельскохозяйственными нитратными удобрениями, было серьезно недооценено, большая часть которых предположительно будет происходить под почвой и выбросы в океан в данных Агентства по охране окружающей среды.

Закись азота выбрасывается в атмосферу в результате сельского хозяйства, когда фермеры добавляют азотные удобрения на поля, в результате разложения навоза. Примерно 79 процентов всей закиси азота, выпущенной в Соединенных Штатах, получено в результате азотных удобрений. Закись азота также выделяется как побочный продукт сжигания ископаемого топлива, хотя количество выделяемого топлива зависит от того, какое топливо было использовано. Он также выбрасывается при производстве азотной кислоты, которая используется в синтезе азотных удобрений. При производстве адипиновой кислоты, предшественника нейлона и других синтетических волокон одежды, также выделяется закись азота. Общее количество высвобожденной закиси азота человеческого происхождения составляет около 40 процентов.

Разрушение озонового слоя

Закись азота также была причастна к истончению озонового слоя. Исследование 2009 г. показало, что выбросы N. 2O были самым значительным выбросом озоноразрушающего вещества и, как ожидается, останутся крупнейшими в 21 веке.

Законность

В США, хранение закиси азота является законным в соответствии с федеральным законодательством и не подпадает под действие DEA. Однако это регулируется Управлением по контролю за продуктами и лекарствами в соответствии с Законом о пищевых продуктах и ​​косметике; судебное преследование возможно в соответствии с его положениями о «неправильном брендинге», запрещающими продажу или распространение закиси азота с целью употребления в пищу людьми. Во многих штатах есть законы, регулирующие владение, продажу и распространение закиси азота. Такие законы обычно запрещают распространение среди несовершеннолетних или ограничивают количество закиси азота, которое может продаваться без специальной лицензии. Например, в штате Калифорния хранение в развлекательных целях запрещено и квалифицируется как проступок.

В августе 2015 года Совет района лондонского района Ламбет (UK ) запретил использование препарата в рекреационных целях, в результате чего правонарушители подлежали штрафу на месте в размере до 1000 фунтов стерлингов.

В Новой Зеландии Министерство of Health предупредил, что закись азота отпускается по рецепту, а ее продажа или хранение без рецепта является правонарушением в соответствии с Законом о лекарственных средствах. Это заявление, по-видимому, запрещает любое немедицинское использование закиси азота, хотя подразумевается, что только рекреационное использование будет преследоваться по закону.

В Индии перенос закиси азота из баллонов большого объема в меньшие, более транспортируемые емкости E-типа емкостью 1590 литров является законным, если газ предполагается использовать для медицинской анестезии..

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с Закись азота.
Последняя правка сделана 2021-05-31 10:42:57
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте