Oxid dusičitý - Nitrous oxide

Kanonické formy oxidu dusného
Model typu ball-and-stick s délkou vazby
Prostorový model oxidu dusného
Jména
Název IUPAC
Oxid dusičitý
Ostatní jména
Smějící se plyn, sladký vzduch, protoxid dusíku, oxid křemičitý, oxid dusný, oxid dusný
Identifikátory
3D model ( JSmol )
8137358
ČEBI
CHEMBL
ChemSpider
DrugBank
Informační karta ECHA 100,030,017 Upravte to na Wikidata
E číslo E942 (zasklívací prostředky, ...)
2153410
KEGG
Číslo RTECS
UNII
UN číslo 1070 (stlačený)
2201 (kapalný)
  • InChI = 1S/N2O/c1-2-3 šekY
    Klíč: GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N šekY
  • InChI = 1/N2O/c1-2-3
  • InChI = 1/N2O/c1-2-3
    Klíč: GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYAP
  • N#[N+] [O-]
  • [N-] = [N+] = O
Vlastnosti
N.
2
Ó
Molární hmotnost 44,013 g/mol
Vzhled bezbarvý plyn
Hustota 1,977 g/L (plyn)
Bod tání -90,86 ° C (-131,55 ° F; 182,29 K)
Bod varu -88,48 ° C (-127,26 ° F; 184,67 K)
1,5 g/l (15 ° C)
Rozpustnost rozpustný v alkoholu , etheru , kyselině sírové
log P 0,35
Tlak páry 5150 kPa (20 ° C)
−18,9 · 10 −6 cm 3 /mol
Index lomu ( n D )
1.000516 (0 ° C, 101,325 kPa)
Viskozita 14,90 μPa · s
Struktura
lineární, C ∞v
0,166 D
Termochemie
219,96 J/(K · mol)
Standardní entalpie
tvorby
f H 298 )
+82,05 kJ/mol
Farmakologie
N01AX13 ( WHO )
Inhalace
Farmakokinetika :
0,004%
5 minut
Respirační
Nebezpečí
Bezpečnostní list Ilo.org , ICSC 0067
Piktogramy GHS GHS04: Stlačený plyn GHS03: Oxidující GHS07: Zdraví škodlivý
NFPA 704 (ohnivý diamant)
2
0
0
Bod vzplanutí Nehořlavé
Související sloučeniny
Související dusíku oxidy
Oxid dusnatý
Dinitrogen trioxid
Oxid dusičitý
Dinitrogen tetroxid
Dinitrogen pentoxid
Související sloučeniny
Azid dusičnan amonný
Pokud není uvedeno jinak, jsou údaje uvedeny pro materiály ve standardním stavu (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
☒N. ověřit  ( co je to   ?) šekY☒N.
Reference na infobox

Oxid dusný , běžně známý jako směšný plyn , nitrous nebo nos , je chemická sloučenina , oxid dusíku se vzorcem N
2
O
. Při pokojové teplotě je to bezbarvý nehořlavý plyn s lehkou kovovou vůní a chutí. Při zvýšených teplotách je oxid dusný silným oxidantem podobným molekulárnímu kyslíku.

Oxid dusný má významné lékařské využití , zejména v chirurgii a zubním lékařství , pro své anestetické a bolest snižující účinky. Jeho hovorový název „smějící se plyn“, vytvořený Humphrym Davym , je způsoben euforickými účinky při jeho vdechnutí, což je vlastnost, která vedla k jeho rekreačnímu použití jako disociativního anestetika. Je na seznamu základních léků Světové zdravotnické organizace , nejbezpečnějších a nejúčinnějších léků potřebných ve zdravotnickém systému . Používá se také jako okysličovadlo v raketových pohonných hmotách a v automobilových závodech ke zvýšení výkonu motorů .

Atmosférická koncentrace oxidu dusného dosáhla v roce 2020 333  dílů na miliardu (ppb), což se zvyšuje rychlostí přibližně 1 ppb ročně. Je to hlavní lapač stratosférického ozónu s dopadem srovnatelným s CFC . Globální účetnictví N.
2
Zdroje O a propady za dekádu končící rokem 2016 naznačují, že přibližně 40% průměrných 17 TgN/rok ( teragramy dusíku za rok) emisí pochází z lidské činnosti a ukazuje, že růst emisí pocházel především z rozšiřujících se zdrojů zemědělství a průmyslu v rámci rozvíjejících se ekonomiky. Oxid dusný, který je třetím nejdůležitějším skleníkovým plynem s dlouhou životností , také významně přispívá ke globálnímu oteplování .

Využití

Raketové motory

Oxid dusný může být použit jako oxidátor v raketovém motoru. Má výhody oproti jiným oxidačním činidlům v tom, že je mnohem méně toxický, a díky své stabilitě při pokojové teplotě je také snazší skladovat a relativně bezpečně cestovat. Jako sekundární přínos může být snadno rozložen za vzniku dýchacího vzduchu. Jeho vysoká hustota a nízký skladovací tlak (pokud je udržován při nízké teplotě) umožňují, aby byl vysoce konkurenceschopný se skladovanými vysokotlakými plynovými systémy.

V patentu z roku 1914 americký průkopník raket Robert Goddard navrhl jako možnou pohonnou látku pro raketu na kapalné palivo oxid dusný a benzín. Oxid dusný byl zvoleným oxidantem v několika hybridních raketových provedeních (s použitím tuhého paliva s kapalným nebo plynným oxidačním činidlem). SpaceShipOne a další použili kombinaci oxidu dusného s polybutadienovým palivem ukončeným hydroxylovou skupinou . Rovněž se používá zejména v amatérské a vysoce výkonné raketové technice s různými plasty jako palivem.

Oxid dusný může být také použit v raketě s jedním propelentem . V přítomnosti zahřátého katalyzátoru , N.
2
O
se exotermicky rozkládá na dusík a kyslík při teplotě přibližně 577 ° C (1070 ° F). Vzhledem k velkému uvolňování tepla se katalytický účinek rychle stává sekundárním, protože termální autodekompozice se stává dominantní. Ve vakuové trysce to může poskytnout monopropellant specifický impuls ( I sp ) až 180 s. I když je znatelně nižší než I sp dostupný z hydrazinových trysek (monopropellant nebo bipropellant with dinitrogen tetroxide ), snížená toxicita činí z oxidu dusného možnost, kterou stojí za prozkoumání.

Říká se, že oxid dusný deflaguje přibližně při 600 ° C (1112 ° F) při tlaku 30 atmosfér (21 atmosfér). Například při 600  psi je požadovaná zapalovací energie pouze 6 joulů, zatímco N.
2
O
při 130 psi a 2 500 joulů vstup energie zapalování je nedostatečný.

Spalovací motor

V automobilových závodech umožňuje oxid dusný (často označovaný jen jako „ dusný “) motoru spalovat více paliva tím, že během spalování poskytuje více kyslíku. Zvýšení kyslíku umožňuje zvýšení vstřikování paliva, což motoru umožňuje produkovat větší výkon motoru . Plyn není hořlavý při nízkém tlaku/teplotě, ale dodává více kyslíku než atmosférický vzduch tím, že se rozpadá při zvýšených teplotách, asi 570 stupňů F (~ 300 ° C). Proto se často mísí s jiným palivem, které se snadněji odpaluje. Oxid dusný je silné oxidační činidlo, zhruba ekvivalentní peroxidu vodíku, a mnohem silnější než plynný kyslík.

Oxid dusný je skladován jako stlačená kapalina; odpaření a expanzi kapalného oxidu dusného v sacím potrubí způsobí velký pokles teploty nasávaného náboje, což má za následek hustší poplatku, která umožňuje další více směs vzduch / palivo pro vstup do válce. Někdy se do sacího potrubí (nebo před) vstřikuje oxid dusný, zatímco jiné systémy vstřikují přímo, přímo před válec (přímé vstřikování), aby se zvýšil výkon.

Tato technika byla použita v průběhu druhé světové války od Luftwaffe letadla s GM-1 systém pro zvýšení výkonu a leteckých motorů . Původně měl poskytnout standardní letoun Luftwaffe vynikající výkon ve vysokých nadmořských výškách, technologické úvahy omezily jeho použití na extrémně vysoké nadmořské výšky. V souladu s tím jej používaly pouze specializovaná letadla, jako jsou výšková průzkumná letadla , vysokorychlostní bombardéry a výškové stíhací letouny . Někdy to lze nalézt na letadlech Luftwaffe vybavených dalším systémem posilovače motoru, MW 50 , což je forma vstřikování vody pro letecké motory, které používaly metanol pro své posilovací schopnosti.

Jedním z hlavních problémů používání oxidu dusného v pístovém motoru je, že může produkovat dostatek energie k poškození nebo zničení motoru. Je možné velmi velké zvýšení výkonu, a pokud není mechanická struktura motoru řádně vyztužena, může být motor během tohoto druhu provozu vážně poškozen nebo zničen. U augmentace benzínových motorů oxidem dusným je velmi důležité udržovat správné provozní teploty a hladiny paliva, aby se zabránilo „předzápalu“ nebo „detonaci“ (někdy se tomu říká „klepání“). Většina problémů spojených s oxidem dusným nepochází z mechanického selhání v důsledku zvýšení výkonu. Protože oxid dusný umožňuje mnohem hustší vsázku do válce, dramaticky zvyšuje tlaky ve válcích. Zvýšený tlak a teplota mohou způsobit problémy, jako je roztavení pístu nebo ventilů. Rovněž může prasknout nebo zdeformovat píst nebo hlavu a způsobit předzápal v důsledku nerovnoměrného zahřívání.

Automobilový kapalný oxid dusný se mírně liší od lékařského oxidu dusného. Malé množství oxidu siřičitého ( SO
2
) se přidává, aby se zabránilo zneužívání návykových látek. Vícenásobné promytí bází (jako je hydroxid sodný ) to může odstranit, čímž se sníží korozivní vlastnosti pozorované při SO
2
se při spalování dále oxiduje na kyselinu sírovou , čímž jsou emise čistší.

Aerosolový pohon

Potravinářská N.
2
O
nabíječky šlehačky

Plyn je schválen pro použití jako potravinářská přídatná látka ( číslo E : E942), konkrétně jako aerosolový sprej . Jeho nejběžnější použití v této souvislosti jsou v aerosolových šlehačkách a sprejích na vaření .

Plyn je extrémně rozpustný v tukových sloučeninách. V aerosolové šlehačce se rozpouští v tukové smetaně, dokud neopustí plechovku, kdy začne plynat a vytvářet tak pěnu. Takto se používá šlehačka, která je čtyřnásobkem objemu kapaliny, zatímco šlehání vzduchu do smetany produkuje pouze dvojnásobek objemu. Pokud by se jako hnací plyn používal vzduch, kyslík by urychlil žluknutí máslového tuku, ale oxid dusný takovou degradaci brzdí. Oxid uhličitý nelze použít na šlehačku, protože je ve vodě kyselý, což by smetanu srazilo a dodalo mu to „šumivý“ pocit podobný seltzeru.

Šlehačka vyrobená z oxidu dusného je však nestabilní a během půl hodiny až jedné hodiny se vrátí do tekutějšího stavu. Tato metoda tedy není vhodná pro zdobení potravin, které nebudou podávány okamžitě.

V průběhu prosince 2016 někteří výrobci hlásili nedostatek aerosolových šlehaček ve Spojených státech kvůli výbuchu v zařízení na výrobu oxidu dusného v Air Liquide na Floridě na konci srpna. Vzhledem k tomu, že hlavní zařízení bylo offline, narušení způsobilo nedostatek, což vedlo k tomu, že společnost odklonila dodávky oxidu dusného spíše lékařským klientům než výrobě potravin. Nedostatek nastal v období Vánoc a svátků, kdy je používání konzervované šlehačky obvykle na nejvyšší úrovni.

Podobně sprej na vaření, který je vyroben z různých druhů olejů v kombinaci s lecitinem ( emulgátorem ), může jako pohonnou látku používat oxid dusný . Další hnací látky používané ve spreji na vaření zahrnují potravinářský alkohol a propan .

Lék

Zdravotní stupeň N.
2
O
tanky používané ve stomatologii

Oxid dusný se používá ve stomatologii a chirurgii jako anestetikum a analgetikum od roku 1844. V počátcích se plyn podával pomocí jednoduchých inhalátorů sestávajících z dýchacího vaku vyrobeného z gumové látky. Dnes je plyn podáván v nemocnicích pomocí automatizovaného zařízení pro relativní analgezii , s anestetickým odpařovačem a lékařským ventilátorem , který dodává přesně dávkovaný a dechem ovládaný tok oxidu dusného smíchaného s kyslíkem v poměru 2: 1.

Oxid dusný je slabé celkové anestetikum , a proto se obecně v celkové anestezii nepoužívá samostatně, ale používá se jako nosný plyn (smíšený s kyslíkem) pro silnější celková anestetika, jako je sevofluran nebo desfluran . Má minimální alveolární koncentraci 105% a rozdělovací koeficient krev/plyn 0,46. Použití oxidu dusného v anestezii však může zvýšit riziko pooperační nevolnosti a zvracení.

Zubní lékaři používají jednodušší stroj, který dodává pouze N.
2
O
/ O
2
směs, kterou pacient při vědomí vdechne. Po celou dobu zákroku je pacient při vědomí a zachovává si adekvátní mentální schopnosti, aby odpovídal na otázky a pokyny zubního lékaře.

Vdechování oxidu dusného se často používá k úlevě od bolesti spojené s porodem , traumatem , operací ústní dutiny a akutním koronárním syndromem (včetně infarktu). Jeho použití během porodu bylo prokázáno jako bezpečná a účinná pomoc pro rodící ženy. Jeho použití pro akutní koronární syndrom má neznámý přínos.

V Británii a Kanadě jsou Entonox a Nitronox běžně používány posádkami záchranné služby (včetně neregistrovaných praktiků) jako rychlý a vysoce účinný analgetický plyn.

S ohledem na relativní snadnost a bezpečnost podávání 50% oxidu dusného jako analgetika lze uvažovat o použití padesáti procent oxidu dusného vyškolenými neprofesionálními poskytovateli první pomoci v přednemocničním prostředí. Rychlá reverzibilita jeho účinku by mu také zabránila ve vyloučení diagnózy.

Rekreační využití

Aquatint vyobrazení rozesmátého plynového večírku v devatenáctém století, Thomas Rowlandson
Zbytky whippitu (malé ocelové kanystry) rekreačního užívání drog, Nizozemsko, 2017

Rekreační vdechování oxidu dusného za účelem vyvolání euforie a/nebo lehkých halucinací začalo jako fenomén pro britskou vyšší třídu v roce 1799, známý jako „večírky se smíchem“.

Počínaje devatenáctým stoletím rozšířená dostupnost plynu pro lékařské a kulinářské účely umožnila rekreačnímu využití značně se rozšířit po celém světě. Ve Spojeném království bylo v roce 2014 podle odhadů oxidu dusného použito téměř půl milionu mladých lidí v nočních klubech, na festivalech a večírcích. Zákonnost tohoto používání značně liší od země k zemi, a to i od města k městu v některých zemích.

Rozšířené rekreační užívání drogy po celé Velké Británii bylo uvedeno v dokumentu Vice Vice 2017 Inside The Laughing Gas Black Market , ve kterém se novinář Matt Shea setkal s prodejci drogy, kteří ji ukradli z nemocnic, ačkoli kanystry s oxidem dusným byly snadno dostupné online, očekává se, že případy krádeží v nemocnicích budou extrémně vzácné.

Významným problémem citovaným v londýnském tisku je účinek odhazování kanystru z oxidu dusného, ​​který je velmi viditelný a způsobuje značné stížnosti komunit.

Bezpečnost

Hlavní bezpečnostní rizika oxidu dusného pocházejí ze skutečnosti, že se jedná o stlačený zkapalněný plyn, riziko udušení a disociativní anestetikum.

Přestože je oxid dusný relativně netoxický, má řadu uznávaných škodlivých účinků na lidské zdraví, ať už jeho vdechováním nebo kontaktem kapaliny s kůží nebo očima.

Oxid dusný představuje významné pracovní riziko pro chirurgy, zubní lékaře a sestry. Vzhledem k tomu, že oxid dusný je u lidí minimálně metabolizován (rychlostí 0,004%), zachovává si svoji účinnost i při výdechu pacienta do místnosti a při nedostatečném větrání místnosti může pro pracovníky kliniky představovat opojné a dlouhodobé nebezpečí expozice. Tam, kde se podává oxid dusný, je třeba použít ventilační systém s čerstvým vzduchem nebo N.
2
Systém O- scavenger se používá k zabránění nahromadění odpadního plynu.

Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví doporučuje, aby expozice pracovníků oxidu dusného by měla být řízena v průběhu podávání anestetických plynů v lékařské, stomatologické a veterinární operátorů. Stanovilo doporučený expoziční limit (REL) 25 ppm (46 mg/m 3 ) uniklému anestetiku.

Duševní a manuální postižení

Vystavení oxidu dusnému způsobuje krátkodobé snížení mentální výkonnosti, audiovizuální schopnosti a manuální zručnosti. Tyto efekty spojené s navozenou prostorovou a časovou dezorientací by mohly mít za následek fyzické poškození uživatele z důvodu ohrožení životního prostředí.

Neurotoxicita a neuroprotekce

Stejně jako ostatní antagonisté NMDA receptorů bylo navrženo, aby N.
2
Při dlouhodobé (několikhodinové) expozici produkuje O neurotoxicitu ve formě Olneyových lézí u hlodavců. Objevil se nový výzkum, který naznačuje, že Olneyho léze se u lidí nevyskytují a o podobných lécích, jako je ketamin, se nyní věří, že nejsou akutně neurotoxické. Bylo to argumentováno, protože N.
2
O
je za normálních okolností rychle vyloučen z těla, je méně pravděpodobné, že bude neurotoxický než ostatní antagonisté NMDAR. U hlodavců má krátkodobá expozice za následek pouze mírné poranění, které je rychle reverzibilní, a k neuronální smrti dochází až po konstantní a trvalé expozici. Oxid dusný může také způsobit neurotoxicitu po delší expozici kvůli hypoxii . To platí zejména pro nelékařské přípravky, jako jsou nabíječky šlehačky (známé také jako „whippety“ nebo „nangy“), které nikdy neobsahují kyslík, protože kyslík žlukne.

Oxid dusný navíc snižuje hladinu vitaminu B 12 . Pokud má uživatel již dříve nedostatek vitaminu B 12, může to způsobit vážnou neurotoxicitu .

Oxid dusný na 75% objemu snižuje ischemií indukovanou smrt neuronů způsobenou okluzí střední mozkové tepny u hlodavců a snižuje příliv Ca2 + indukovaný NMDA v neuronálních buněčných kulturách, což je kritická událost spojená s excitotoxicitou .

Poškození DNA

Profesionální vystavení okolnímu oxidu dusnému bylo spojeno s poškozením DNA v důsledku přerušení syntézy DNA. Tato korelace je závislá na dávce a nezdá se, že by se vztahovala na příležitostné rekreační použití; je však zapotřebí dalšího výzkumu, aby se potvrdila doba a množství expozice potřebné k poškození.

Nedostatek kyslíku

Pokud je vdechován čistý oxid dusný bez přimíchávání kyslíku, může to nakonec vést k nedostatku kyslíku, což vede ke ztrátě krevního tlaku, mdlobám a dokonce infarktu. K tomu může dojít, pokud uživatel vdechuje velká množství nepřetržitě, jako u masky na pásku připojené k plynové nádobě. Může se to také stát, pokud uživatel nadměrně zadržuje dech nebo používá jakýkoli jiný inhalační systém, který přerušuje přísun čerstvého vzduchu. Dalším rizikem je, že se mohou objevit příznaky omrzlin na rtech, hrtanu a průduškách, pokud je plyn vdechován přímo z nádoby na plyn. Oxid dusný je proto často vdechován z kondomů nebo balónků.

Vitamin B 12 nedostatek

Dlouhodobé vystavení oxidu dusného může způsobit vitamín B 12 nedostatek . Inaktivuje kobalaminovou formu vitaminu B 12 oxidací. Příznaky nedostatku vitaminu B 12 , včetně senzorické neuropatie , myelopatie a encefalopatie , se mohou objevit během dnů nebo týdnů po vystavení anestezii oxidem dusným u lidí se subklinickým nedostatkem vitaminu B 12 .

Příznaky jsou léčeny vysokými dávkami vitaminu B 12 , ale zotavení může být pomalé a neúplné.

Lidé s normální hladinou vitaminu B 12 mají zásoby, aby byly účinky oxidu dusného nevýznamné, pokud se expozice neopakuje a neprodlužuje (zneužívání oxidu dusného). Hladiny vitaminu B 12 by měly být zkontrolovány u osob s rizikovými faktory nedostatku vitaminu B 12 před použitím anestezie oxidem dusným.

Prenatální vývoj

Několik experimentálních studií na potkanech naznačuje, že chronické vystavení těhotných samic oxidu dusnému může mít nepříznivé účinky na vyvíjející se plod.

Chemická/fyzikální rizika

Při pokojové teplotě (20 ° C [68 ° F]) je tlak nasycených par 50,525 baru a při 36,4 ° C (97,5 ° F) - kritické teplotě stoupá až na 72,45 baru . Tlaková křivka je tak neobvykle citlivá na teplotu.

Stejně jako u mnoha silných oxidačních činidel se kontaminace dílů palivem podílí na raketových nehodách, kde malé množství směsí dusíku a paliva exploduje v důsledku účinků podobných „ vodnímu kladivu “ (někdy se jim říká „dieseling“-zahřívání v důsledku adiabatického stlačování plynů může dosáhnout teplot rozkladu). Některé běžné stavební materiály, jako je nerezová ocel a hliník, mohou působit jako paliva se silnými oxidačními činidly, jako je oxid dusný, stejně jako nečistoty, které se mohou vznítit v důsledku adiabatického stlačení.

Vyskytly se také případy, kdy rozklad oxidu dusného v potrubí vedl k výbuchu velkých nádrží.

Mechanismus účinku

Farmakologický mechanismus účinku z N
2
O
v medicíně není zcela znám. Ukázalo se však, že přímo moduluje širokou škálu iontových kanálů řízených ligandem , což pravděpodobně hraje hlavní roli v mnoha jeho účincích. Je to středně bloky NMDAR a β 2 -podjednotky -obsahující nach kanály , slabě inhibuje AMPA , kainátu , GABA C a 5-HT 3 receptoru , a mírně potencuje GABA A a receptorům glycinu . Bylo také ukázáno, že aktivuje dvoupórovou doménu K+
kanály
. Zatímco N.
2
O
ovlivňuje poměrně málo iontových kanálů, jeho anestetické, halucinogenní a euforické účinky jsou pravděpodobně způsobeny převážně nebo plně inhibicí proudů zprostředkovaných receptorem NMDA. Kromě účinků na iontové kanály, N.
2
O
může působit tak, že napodobuje oxid dusnatý (NO) v centrálním nervovém systému, což může souviset s jeho analgetickými a anxiolytickými vlastnostmi. Oxid dusný je 30 až 40krát rozpustnější než dusík.

Je známo, že účinky vdechování subanestetických dávek oxidu dusného se mění na základě několika faktorů, včetně nastavení a individuálních rozdílů; z jeho diskuse však Jay (2008) naznačuje, že bylo spolehlivě známo, že indukuje následující stavy a pocity:

  • Opojení
  • Euforie/dysforie
  • Prostorová dezorientace
  • Časová dezorientace
  • Snížená citlivost na bolest

Menšina uživatelů bude mít také nekontrolované vokalizace a svalové křeče. Tyto efekty obvykle zmizí několik minut po odstranění zdroje oxidu dusného.

Euforický efekt

U krys, N.
2
O
stimuluje mezolimbickou cestu odměny indukcí uvolňování dopaminu a aktivací dopaminergních neuronů ve ventrální tegmentální oblasti a nucleus accumbens , pravděpodobně prostřednictvím antagonizace receptorů NMDA lokalizovaných v systému. Tato akce byla zapletena do jejích euforických účinků a zejména se zdá, že také zvyšuje její analgetické vlastnosti.

Je však pozoruhodné, že u myší N.
2
O
blokuje amfetaminem indukované uvolňování dopaminu zprostředkované nosičem v nucleus accumbens a behaviorální senzibilizaci , ruší preferenci podmíněného místa (CPP) kokainu a morfinu a nevytváří vlastní posilující (nebo averzivní) účinky. Účinky CPP N.
2
O
v krysách jsou smíšené, skládající se z výztuže, averze a beze změny. Naproti tomu je pozitivním posilovačem veverkových opic a je dobře známý jako droga zneužívání u lidí. Tyto nesrovnalosti v reakci na N.
2
O
může odrážet druhové rozdíly nebo metodologické rozdíly. V klinických studiích na lidech, N.
2
Bylo zjištěno, že O produkuje smíšené reakce, podobně jako u potkanů, což odráží vysokou subjektivní individuální variabilitu.

Anxiolytický účinek

V behaviorálních testech úzkosti byla nízká dávka N.
2
O
je efektivní anxiolytické, a to proti úzkosti efekt je spojena se zvýšenou aktivitou GABA A receptoru, jak je částečně obrácen benzodiazepinových receptoru antagonisty . Zrcadlí to, zvířata, která si vytvořila toleranci vůči anxiolytickým účinkům benzodiazepinů, jsou částečně tolerantní k N
2
O
. Skutečně, u lidí podaných 30% N.
2
O
, antagonisté benzodiazepinového receptoru snižuje subjektivní zprávy o pocit „vysoké“, ale neměnil psychomotorický výkon, v lidských klinických studiích.

Analgetický účinek

Analgetické účinky N.
2
O
jsou spojeny s interakcí mezi endogenním opioidním systémem a sestupným noradrenergním systémem. Pokud je zvířatům podáván morfin chronicky, vyvine se jejich odolnost vůči účinkům tlumícím bolest a to také činí zvířata tolerantní k analgetickým účinkům N
2
O
. Podávání protilátek, které vážou a blokují aktivitu některých endogenních opioidů (nikoli β-endorfin ), také blokuje antinociceptivní účinky N
2
O
. Léky, které inhibují rozpad endogenních opioidů, také zesilují antinociceptivní účinky N
2
O
. Několik experimentů ukázalo, že antagonisté opioidních receptorů aplikovaní přímo do mozku blokují antinociceptivní účinky N.
2
O
, ale tyto léky nemají při injekci do míchy žádný účinek .

Kromě nepřímého působení oxid dusný, jako morfin, také interaguje přímo s endogenním opioidním systémem vazbou na vazebná místa opioidních receptorů.


Naopak antagonisté α 2 -adrenoreceptorů blokují účinky N snižující bolest
2
O
při podání přímo do míchy, ale ne při aplikaci přímo do mozku. Ve skutečnosti, α 2B -adrenoceptor knockout myši nebo zvířata ochuzeného v noradrenalinu jsou téměř zcela rezistentní vůči antinociceptivní účinky N
2
O
. Podle všeho N.
2
O
-indukované uvolňování endogenních opioidů způsobuje dezinhibici noradrenergních neuronů mozkového kmene , které uvolňují norepinefrin do míchy a inhibují signalizaci bolesti. Přesně jak N.
2
O
způsobuje, že uvolňování endogenních opioidních peptidů zůstává nejisté.

Vlastnosti a reakce

Oxid dusný je bezbarvý, netoxický plyn se slabou, sladkou vůní.

Oxid dusný podporuje spalování uvolňováním dipolárního vázaného kyslíkového radikálu a může tak znovu zapálit zářící dlahu .

N.
2
O
je inertní při pokojové teplotě a má málo reakcí. Při zvýšených teplotách se jeho reaktivita zvyšuje. Například oxid dusný reaguje s NaNH
2
při 460 K (187 ° C) za vzniku NaN
3
:

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

Výše uvedená reakce je cestou, kterou komerční chemický průmysl používá k výrobě azidových solí, které se používají jako rozbušky.

Dějiny

Plyn byl poprvé syntetizován v roce 1772 anglickým přírodním filosofem a chemikem Josephem Priestleyem, který jej nazýval flogistikovaným dusitým vzduchem (viz teorie flogistonu ) nebo hořlavým dusitým vzduchem . Priestley publikoval svůj objev v knize Experimenty a pozorování na různých druzích vzduchu (1775) , kde popsal, jak vyrábět přípravu „zmenšeného dusnatého vzduchu“, zahříváním železných pilin navlhčených kyselinou dusičnou .

Rané použití

„LIVING MADE EASY“
Satirický tisk z roku 1830 zobrazující Humphryho Davyho, jak ženě podává dávku smíchu

První důležité použití oxidu dusného umožnili Thomas Beddoes a James Watt , kteří společně pracovali na vydání knihy Úvahy o lékařském využití a o výrobě faktických ovzduší (1794) . Tato kniha byla důležitá ze dvou důvodů. Za prvé, James Watt vynalezl nový stroj na výrobu „ věcných vzduchů “ (včetně oxidu dusného) a nový „dýchací přístroj“ na vdechování plynu. Za druhé, kniha také představila nové lékařské teorie od Thomase Beddoese, že tuberkulózu a další plicní nemoci lze léčit vdechováním „Factitious Airs“.

Sir Humphry Davy je Výzkumy chemický a filozofický: zejména o oxid dusný (1800), strany 556 a 557 (vpravo), v nichž jsou vymezena potenciální vlastnosti anestetické oxidu dusného při léčbě bolesti v průběhu chirurgického zákroku

Stroj na výrobu „Factitious Airs“ měl tři části: pec na spalování potřebného materiálu, nádobu s vodou, kde vyrobený plyn procházel spirálovou trubkou (aby se nečistoty „odplavily“), a nakonec plynovou láhev s plynoměrem, kde produkovaný plyn, „vzduch“, mohl být čerpán do přenosných airbagů (vyrobených ze vzduchotěsného olejového hedvábí). Dýchací přístroj se skládal z jednoho z přenosných vzduchových vaků spojených trubicí s náustkem. Když bylo toto nové zařízení navrženo a vyrobeno v roce 1794, byla vydlážděna cesta pro klinické zkoušky , které začaly v roce 1798, kdy Thomas Beddoes založil v Hotwells ( Bristol ) Pneumatickou instituci pro úlevu od nemocí Medical Airs“ . V suterénu budovy vyráběl plyny rozsáhlý stroj pod dohledem mladého Humphryho Davyho, který byl povzbuzen experimentovat s novými plyny pro pacienty k vdechování. První důležitou Davyho prací bylo zkoumání oxidu dusného a zveřejnění jeho výsledků v knize: Researches, Chemical and Philosophical (1800) . V této publikaci si Davy všímá analgetického účinku oxidu dusného na straně 465 a jeho potenciálu pro použití při chirurgických operacích na straně 556. Davy vytvořil pro oxid dusný název „směšný plyn“.

Navzdory Davyho objevu, že vdechnutí oxidu dusného může člověku při vědomí ulevit od bolesti, uplynulo dalších 44 let, než se ho lékaři pokusili použít k anestezii . Použití oxidu dusného jako rekreační drogy na „večírcích smíchu“, primárně pořádaných pro britskou vyšší třídu , se stalo okamžitým úspěchem počínaje rokem 1799. Zatímco účinky plynu obecně způsobují, že uživatel vypadá strnule, zasněně a pod sedativy, některé lidé se také ve stavu euforie „chichotají“ a často vybuchují smíchy.

Jedním z prvních komerčních producentů v USA byl George Poe , bratranec básníka Edgara Allana Poea , který také jako první zkapalnil plyn.

Anestetické použití

Poprvé byl oxid dusný použit jako anestetikum při léčbě pacienta, když zubní lékař Horace Wells za pomoci Gardnera Quincy Coltona a Johna Mankey Riggse dne 11. prosince 1844 prokázal necitlivost na bolest při zubní extrakci. týdnů Wells ošetřil prvních 12 až 15 pacientů oxidem dusným v Hartfordu v Connecticutu a podle jeho vlastního záznamu selhal pouze ve dvou případech. Navzdory těmto přesvědčivým výsledkům, které Wells oznámil lékařské společnosti v Bostonu v prosinci 1844, nebyla tato nová metoda okamžitě přijata jinými zubními lékaři. Důvodem bylo nejpravděpodobnější, že Wells, v lednu 1845 při své první veřejné demonstraci na lékařské fakultě v Bostonu, byl částečně neúspěšný, takže jeho kolegové pochybovali o jeho účinnosti a bezpečnosti. Metoda se začala běžně používat až v roce 1863, kdy ji Gardner Quincy Colton úspěšně začal používat na všech svých klinikách „Colton Dental Association“, které právě založil v New Havenu a New Yorku . Během následujících tří let Colton a jeho spolupracovníci úspěšně podávali oxid dusný více než 25 000 pacientům. Dnes se oxid dusný používá ve stomatologii jako anxiolytikum, jako doplněk k lokálnímu anestetiku .

Oxid dusný však nebyl shledán dostatečně silným anestetikem pro použití při velkých chirurgických výkonech v nemocničním prostředí. Místo toho byl diethylether , silnější a silnější anestetikum, předveden a přijat k použití v říjnu 1846 spolu s chloroformem v roce 1847. Když v roce 1876 Joseph Thomas Clover vynalezl „plynový etherový inhalátor“, stal se běžným praxe v nemocnicích zahájit všechny anestetické léčby mírným proudem oxidu dusného a poté postupně zvyšovat anestezii silnějším etherem nebo chloroformem. Cloverův plynový etherový inhalátor byl navržen tak, aby současně zásoboval pacienta oxidem dusným a etherem, přičemž přesnou směs řídí operátor zařízení. To zůstalo v použití mnoha nemocnic až do 1930. Ačkoli nemocnice dnes používají pokročilejší anestetický stroj , tyto stroje stále používají stejný princip, který byl zahájen pomocí Cloverova plynovo-etherového inhalátoru, k zahájení anestezie oxidem dusným před podáním silnějšího anestetika.

Jako patentový lék

Coltonova popularizace oxidu dusného vedla k jeho přijetí řadou méně než renomovaných šarlatánů , kteří jej propagovali jako lék na spotřebu , scrofula , katar a další nemoci krve, hrdla a plic. Léčba oxidem dusným byla podávána a licencována jako patentový lék od společností CL Blood a Jerome Harris v Bostonu a Charles E. Barney z Chicaga.

Výroba

Je publikován přehled různých způsobů výroby oxidu dusného.

Průmyslové metody

Výroba oxidu dusného

Oxid dusný se v průmyslovém měřítku připravuje pečlivým zahříváním dusičnanu amonného na asi 250 ° C, který se rozkládá na oxid dusný a vodní páru.

NH
4
NE
3
→ 2 H
2
O
+ N
2
Ó

Přidání různých fosfátových solí podporuje tvorbu čistšího plynu při mírně nižších teplotách. Tato reakce může být obtížně kontrolovatelná, což vede k detonaci .

Laboratorní metody

Rozklad dusičnanu amonného je také běžnou laboratorní metodou přípravy plynu. Ekvivalentně jej lze získat zahříváním směsi dusičnanu sodného a síranu amonného :

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

Další metoda zahrnuje reakci močoviny, kyseliny dusičné a kyseliny sírové:

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

Byla hlášena přímá oxidace amoniaku oxidem manganičitým - oxidem bizmutem: viz. Ostwaldův proces .

2 NH
3
+ 2 O.
2
N.
2
O
+ 3 H
2
Ó

Hydroxylamoniumchlorid reaguje s dusitanem sodným za vzniku oxidu dusného. Pokud se dusitan přidá do roztoku hydroxylaminu, jediným zbývajícím vedlejším produktem je slaná voda. Pokud se však k roztoku dusitanů přidá roztok hydroxylaminu (dusitan je v přebytku), pak se také vytvoří toxické vyšší oxidy dusíku:

NH
3
OH
Cl + NaNO
2
N.
2
O
+ NaCl + 2H
2
Ó

Léčba HNO
3
se SnCl
2
a HCl byl také prokázán:

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

Kyselina dvoumocná se rozkládá na N 2 O a vodu s poločasem rozpadu 16 dní při 25 ° C při pH 1–3.

H 2 N 2 O 2 → H 2 O + N 2 O

Atmosférický výskyt

Oxid dusný (N 2 O) měřený Advanced Global Atmospheric Gases Experiment ( AGAGE ) ve spodní atmosféře ( troposféře ) na stanicích po celém světě. Hojnosti jsou udávány jako průměrné měsíční zlomky molů bez znečištění v částech na miliardu .
Atmosférická koncentrace oxidu dusného od roku 1978.
Roční tempo růstu atmosférického oxidu dusného od roku 2000.

Oxid dusný je menší složkou zemské atmosféry a je aktivní součástí planetárního dusíkového cyklu . Na základě analýzy vzorků vzduchu shromážděných z míst po celém světě jeho koncentrace v roce 2017 překročila 330  ppb . V posledních desetiletích se také zrychlil růst o přibližně 1 ppb ročně. Atmosférický výskyt oxidu dusného vzrostl o více než 20% ze základní úrovně asi 270 ppb v roce 1750.


Důležité atmosférické vlastnosti N.
2
O
jsou shrnuty v následující tabulce:

Vlastnictví Hodnota
Potenciál poškození ozonu (ODP) 0,17 ( CCl 3 F = 1)
Potenciál globálního oteplování (GWP: 100 let) 265 ( CO 2 = 1)
Atmosférická životnost 121 let


V říjnu 2020 vědci zveřejnili komplexní kvantifikaci globálního N.
2
O
zdroje a propady. Uvádějí, že emise způsobené člověkem se za poslední čtyři desetiletí zvýšily o 30% a jsou hlavní příčinou zvýšení koncentrace v atmosféře. Nedávný růst překročil některé z nejvyšších předpokládaných scénářů emisí.

Rozpočet oxidu dusného na Zemi z projektu Global Carbon Project (2020).

Emise podle zdroje

Od roku 2010, to bylo odhadoval, že asi 29,5 milionu tun z N
2
O
(obsahující 18,8 milionu tun dusíku) každoročně vstupovalo do atmosféry; z toho 64% bylo přirozených a 36% bylo způsobeno lidskou činností.

Většina N.
2
O
emitovaný do atmosféry z přírodních a antropogenních zdrojů je produkován mikroorganismy, jako jsou denitrifikační bakterie a houby v půdách a oceánech. Půdy v přirozené vegetaci jsou důležitým zdrojem oxidu dusného a tvoří 60% všech přirozeně produkovaných emisí. Mezi další přírodní zdroje patří oceány (35%) a chemické reakce v atmosféře (5%).

Studie z roku 2019 ukázala, že emise z rozmrazování permafrostu jsou 12krát vyšší, než se dříve předpokládalo.

Hlavními složkami antropogenních emisí jsou hnojená zemědělská půda a hospodářská zvířata (42%), odtok a vyluhování hnojiv (25%), spalování biomasy (10%), spalování fosilních paliv a průmyslové procesy (10%), biologická degradace ostatních atmosférické emise obsahující dusík (9%) a lidské odpadní vody (5%). Zemědělství zvyšuje produkci oxidu dusného kultivací půdy, používáním dusíkatých hnojiv a nakládáním se zvířecím odpadem. Tyto činnosti stimulují přirozeně se vyskytující bakterie, aby produkovaly více oxidu dusného. Emise oxidu dusného z půdy mohou být náročné na měření, protože se výrazně liší v čase a prostoru a k většině ročních emisí může dojít za příznivých podmínek během „horkých chvil“ a/nebo na příznivých místech známých jako „hotspoty“.

Z průmyslových emisí je největším zdrojem emisí oxidu dusného produkce kyseliny dusičné a kyseliny adipové . Emise kyseliny adipové konkrétně vznikají degradací meziproduktu kyseliny nitrolové odvozeného z nitrace cyklohexanonu.

Biologické procesy

Přírodní procesy, které generují oxid dusný, lze klasifikovat jako nitrifikaci a denitrifikaci . Konkrétně zahrnují:

  • aerobní autotrofní nitrifikace, postupná oxidace amoniaku ( NH
    3
    ) na dusitany ( NO-
    2
    ) a dusičnany ( NO-
    3
    )
  • anaerobní heterotrofní denitrifikace, postupné snižování NO-
    3
    na NE-
    2
    , oxid dusnatý (NO), N.
    2
    O
    a nakonec N.
    2
    , kde fakultativní anaerobní bakterie používají NE-
    3
    jako akceptor elektronů při dýchání organického materiálu v podmínkách nedostatečného kyslíku ( O
    2
    )
  • denitrifikace nitrifikátoru, která se provádí autotrofním NH
    3
    -oxidující bakterie a cesta, po které čpavek ( NH
    3
    ) se oxiduje na dusitan ( NO-
    2
    ), následuje snížení NO-
    2
    na oxid dusnatý (NO), N.
    2
    O
    a molekulární dusík ( N.
    2
    )
  • heterotrofní nitrifikace
  • aerobní denitrifikace stejnými heterotrofními nitrifikátory
  • denitrifikace hub
  • nebiologická chemodenitrifikace

Tyto procesy jsou ovlivněny chemickými a fyzikálními vlastnostmi půdy, jako je dostupnost minerálního dusíku a organické hmoty , kyselost a typ půdy, jakož i faktory související s klimatem, jako je teplota půdy a obsah vody.

Emise plynu do atmosféry je značně omezena jeho spotřebou uvnitř buněk procesem katalyzovaným enzymem reduktáza oxidu dusného .

Zásah do životního prostředí

Skleníkový efekt

Trendy v atmosférickém množství skleníkových plynů s dlouhou životností

Oxid dusný má jako skleníkový plyn významný potenciál globálního oteplování . Na bázi molekuly, uvažované po dobu 100 let, má oxid dusný 265krát větší schopnost oxidu uhličitého ( CO zachytávat atmosférické teplo)
2
). Vzhledem ke své nízké koncentraci (méně než 1/1000 koncentrace CO
2
), jeho příspěvek ke skleníkovému efektu je menší než jedna třetina oxidu uhličitého a také menší než vodní pára a metan . Na druhou stranu, protože 38% a více N
2
O
do atmosféry je výsledkem lidské činnosti, řízení oxidu dusného je považován za součást snahy o emise skleníkových plynů obrubník.

Studie 2008 laureát Nobelovy ceny Paul Crutzen naznačuje, že částka dusného uvolňování oxidu připadající na zemědělské dusičnanů hnojiv byl vážně podceňovat, z nichž většina pravděpodobně by spadat pod půdou a oceánské vydání v Environmental Protection Agency dat.

Oxid dusný se uvolňuje do atmosféry prostřednictvím zemědělství, kdy zemědělci přidávají do polí hnojiva na bázi dusíku, rozkládáním hnoje zvířat. Přibližně 79 procent veškerého oxidu dusného uvolněného ve Spojených státech pocházelo z dusičnatého hnojení. Oxid dusný se také uvolňuje jako vedlejší produkt spalování fosilních paliv, i když uvolněné množství závisí na tom, jaké palivo bylo použito. Vypouští se také při výrobě kyseliny dusičné , která se používá při syntéze dusíkatých hnojiv. Výroba kyseliny adipové, předchůdce nylonu a dalších syntetických oděvních vláken, také uvolňuje oxid dusný. Celkové uvolněné množství oxidu dusného, ​​které je lidského původu, je asi 40 procent.

Úbytek ozonové vrstvy

Oxid dusný se také podílí na ředění ozonové vrstvy . Studie z roku 2009 naznačila, že N.
2
Emise O byla jednou z nejdůležitějších emisí poškozujících ozonovou vrstvu a očekávalo se, že zůstane největší po celé 21. století.

Zákonnost

Ve Spojených státech je držení oxidu dusného podle federálních zákonů legální a nepodléhá kompetenci DEA . Je však regulován Správou potravin a léčiv podle zákona o léčivech a kosmetice; stíhání je možné podle ustanovení o „nesprávném označení“, zakazujících prodej nebo distribuci oxidu dusného za účelem lidské spotřeby . Mnoho států má zákony upravující držení, prodej a distribuci oxidu dusného. Takové zákony obvykle zakazují distribuci mladistvým nebo omezují množství oxidu dusného, ​​které lze prodávat bez zvláštní licence. Například ve státě Kalifornie je držení pro rekreační účely zakázáno a kvalifikuje se jako přestupek.

V srpnu 2015 Rada na Lambeth ( UK ) zakázala používání léku k rekreačním účelům, což pachatelům odpovědnost na pokutu na místě až do výše 1.000 liber.

V Novém Zélandu se Ministerstvo zdravotnictví varoval, že oxid dusný je lék na lékařský předpis, a jejich prodej nebo držení bez lékařského předpisu je trestný čin podle zákona o léčivé přípravky. Toto prohlášení by zdánlivě zakazovalo veškerá nelékařská použití oxidu dusného, ​​ačkoli to znamená, že legálně bude cíleno pouze rekreační použití.

V Indii je legální přenos oxidu dusného z velkoobjemových lahví do menších přepravitelných nádrží typu E o objemu 1 590 litrů, pokud je zamýšlené použití plynu pro lékařskou anestezii.

Viz také

Reference

externí odkazy