Óxido nitroso

Fórmula estrutural
Estruturas de limite mesoméricas da molécula de óxido nitroso
Em geral
Sobrenome	Óxido nitroso ( DCI )
outros nomes	Óxido nitroso Óxido nitroso Óxido nítrico Óxido de azo E 942 ÓXIDO DE NITRO ( INCI )
Fórmula molecular	N 2 O
Descrição breve	gás incolor com um odor doce
Identificadores / bancos de dados externos
Número CAS 10024-97-2 Número CE 233-032-0 ECHA InfoCard 100.030.017 PubChem 948 ChemSpider 923 DrugBank DB06690 Wikidata Q905750
Informação sobre drogas
Código ATC	N01 AX13
Aula de drogas	analgésico
propriedades
Massa molar	44,01 g mol −1
Estado físico	gasoso
densidade	1,848 kg m −3 (15 ° C, 1 bar)
Ponto de fusão	−90,8 ° C
ponto de ebulição	−88,5 ° C
Pressão de vapor	50,8 bar (20 ° C) 57,2 bar (25 ° C) 63,2 bar (30 ° C)
solubilidade	apenas ligeiramente solúvel em água (1,5 g l -1 a 20 ° C) solúvel em etanol e éter dietílico
Momento dipolo	0,16083 D (5,365 · 10 -31  C  ·  m )
Índice de refração	1,000516 (0 ° C, 101,325 kPa)
instruções de segurança
Observe a isenção da exigência de rotulagem para medicamentos, dispositivos médicos, cosméticos, alimentos e ração animal Rotulagem de perigo GHS perigo Frases H e P H: 270-280-336 P: 220-244-260-370 + 376-304 + 340 + 315-403
MAK	DFG : 100 ml m −3 ou 180 mg m −3 Suíça: 100 ml m −3 ou 182 mg m −3
Potencial de aquecimento global	298 (com base em 100 anos)
Tanto quanto possível e usual, unidades SI são usadas. Salvo indicação em contrário, os dados fornecidos aplicam-se às condições padrão . Índice de refração: linha Na-D , 20 ° C

O óxido nitroso , comumente conhecido pelo nome comum de gás hilariante , é um gás incolor do grupo dos óxidos de nitrogênio . O produto químico fórmula soma para o gás é N ₂ O . Na literatura mais antiga, o óxido nitroso também é conhecido como óxido de nitrogênio ou óxido de nitrogênio . O nome em inglês de óxido nitroso é usado na literatura internacional .

história

O óxido nitroso foi representado e descrito pela primeira vez na forma pura em 1772 pelo químico e físico inglês Joseph Priestley . A descoberta dos efeitos psicoativos e, em particular, dos narcóticos e analgésicos remonta ao farmacêutico inglês e posteriormente químico Humphry Davy , que começou por volta de 1797 a pesquisar os efeitos do gás hilariante por meio de autoexperimentos. Ele o usou para tratar dor de dente, publicou suas descobertas em 1800 e também sugeriu óxido nitroso para anestesia durante operações cirúrgicas.

O primeiro dentista a usar óxido nitroso como anestésico foi Horace Wells, de Hartford, Connecticut. Ele começou a usá-lo para extrações de dentes e tratamentos dentários a partir de 1844, depois de observar seu efeito analgésico em uma aplicação de prazer em 10 de dezembro de 1844, como era comum nas feiras de sua época, e no dia seguinte ele próprio tinha um dente sob nitrogênio a anestesia com óxido havia cessado. Desde 1868, o óxido nitroso tem sido usado em combinação com o oxigênio como anestésico em operações clínicas para atingir uma concentração suficientemente alta e eficaz. Foi praticado dessa forma pela primeira vez pelo professor de cirurgia de Chicago Edmund Andrews (1824–1904), que também realizou estudos estatísticos sobre a segurança da anestesia com éter e clorofórmio em cerca de 100.000 casos cada. Andrews também desenvolveu um método para liquefazer o óxido nitroso.

Origem do nome

O termo alemão “rindo gás” é uma tradução da palavra em inglês rindo gás .

Existem diferentes suposições para a origem do nome; uma é que o nome vem da euforia que pode surgir ao se inalar o óxido nitroso, fazendo rir o consumidor . Gardner Quincy Colton, por exemplo, que em 1863 reintroduziu o óxido nitroso, que estava inicialmente fora de uso como anestésico após a morte de Horace Wells, escreveu em 1866: “O gás hilariante [...] atua como um estimulante, como por fornecendo um suprimento extra de oxigênio aos pulmões, o pulso é aumentado de quinze a vinte batidas por minuto. Os primeiros agentes carregam os pacientes para baixo até o ponto de morte: os últimos para uma vida melhor. ”O óxido nitroso, que estava em exibição pública em Hartford em 10 de dezembro de 1844, era chamado de“ Gás Hilariante ou Risonho ”e foi anunciado com destaque ao público para ser entretido como um gás que, dependendo do caráter da pessoa embriagada do teste, pode causar risos, cantos, danças, conversas ou batidas ao ser inalado.

Manufatura

A produção ocorre em uma reação redox intramolecular através da decomposição térmica controlada de nitrato de amônio livre de cloreto

${\ displaystyle \ mathrm {NH_ {4} NO_ {3} \ longrightarrow N_ {2} O + 2 \ H_ {2} O}}$

ou em uma reação redox por aquecimento de uma mistura de sulfato de amônio e nitrato de sódio . No entanto, a temperatura não deve ultrapassar 300 ° C para nenhum dos métodos de apresentação, caso contrário, o nitrato de amônio pode se decompor de forma explosiva.

liberar

O gás risonho é formado principalmente como um subproduto de processos que ocorrem naturalmente, por exemplo, durante a nitrificação bacteriana , e é liberado na atmosfera. Como um subproduto de processos artificiais, o óxido nitroso não é liberado apenas dos processos de combustão, mas também da agricultura intensiva . O uso crescente de fertilizantes nitrogenados na agricultura é o principal responsável pelas emissões de óxido nitroso causadas pelo homem . Em comparação com a agricultura convencional , a agricultura orgânica produz cerca de 40% menos óxido nitroso por hectare.

O fertilizante de nitrogênio é convertido em óxido nitroso sob certas condições. Normalmente, o N ₂ O é decomposto enzimaticamente no solo. A enzima óxido nitroso redutase contendo cobre desempenha um papel importante no processo bioquímico em andamento , pois converte o N ₂ O em N ₂ (→ desnitrificação ). No entanto, essa enzima é sensível ao oxigênio e muitas vezes falha na cadeia de reação . Portanto, grandes quantidades de N ₂ O são liberadas de terras cultiváveis ​​fertilizadas. Ao cultivar culturas energéticas como a colza, maiores quantidades de óxido nitroso são liberadas devido ao aumento da fertilização, especialmente no inverno. As emissões de N ₂ O do cultivo de colza correspondem às de outros cultivos de campo. Como resultado, em termos de emissões de N ₂ O, o balanço climático da colza é mais negativo do que o da gasolina.

Concentração de gás risonho na atmosfera terrestre desde o ano 1 ( análises do núcleo de gelo , medições em Cape Grim (Austrália), NOAA , março de 2017)

Estudos recentes mostraram que as medidas para reduzir as emissões de óxido de nitrogênio dos processos de combustão também levam a um aumento às vezes considerável nas emissões de óxido nitroso ( compensação ). Por exemplo, usinas com combustão em leito fluidizado circulante , que emitem pouco óxido de nitrogênio devido ao processo, têm emissões de óxido nitroso muito altas. O mesmo se aplica a veículos motorizados com um conversor catalítico de três vias regulado , cujos efeitos sobre o orçamento global de N ₂ O (em 2017) ainda são incertos.

Na indústria química, a síntese do ácido adípico ( precursor da poliamida ) é um processo que libera gás hilariante.

Sob certas condições, o óxido nitroso também pode se formar em superfícies sólidas em condições normais . Isso foi observado pela primeira vez em um lago salgado na Antártica.

Essas fontes são contrariadas pela degradação fotoquímica na estratosfera com cerca de 20,5 x 10 ⁶ t / a como sumidouro .

${\ displaystyle \ mathrm {N_ {2} O + h \ nu \ longrightarrow N_ {2} + O}}$

${\ displaystyle \ mathrm {N_ {2} O + O \ longrightarrow N_ {2} + O_ {2}}}$

${\ displaystyle \ mathrm {N_ {2} O + O \ longrightarrow 2 \ NO}}$

As quantidades que também são decompostas por absorção nos solos e por microrganismos aquáticos não são conhecidas.

propriedades

O gás risonho é prontamente solúvel em água fria: a 0 ° C o gás se dissolve em uma proporção de volume de 1: 1,305 em água líquida, a 25 ° C ele se dissolve em uma proporção de 1: 0,596. Um hidrato de gás cristalino pode ser separado de soluções aquosas neutras em baixas temperaturas , nas quais existem 5,75 moléculas de água para cada molécula de N ₂ O. Sob pressão aumentada, o óxido nitroso mostra uma solubilidade muito boa em gorduras.

O óxido nitroso não é inflamável, mas pode oxidar outras substâncias. Portanto, tem um efeito oxidante. Carvão, enxofre e fósforo queimam tanto no óxido nitroso quanto no oxigênio. Desta forma, a formação de óxido nitroso em uma amostra pode ser demonstrada com a amostra de chip incandescente . Para também oxidar outras substâncias, ele requer uma temperatura significativamente mais alta do que o oxigênio para as reações correspondentes. Como o N ₂ O é um composto metaestável, ele se decompõe em seus elementos a aproximadamente 600 ° C:

${\ displaystyle \ mathrm {2 \ N_ {2} O \ longrightarrow 2 \ N_ {2} + O_ {2} +164 {,} 20 \ kJ}}$.

Com a designação E 942 , o gás hilariante está aprovado como aditivo alimentar para utilização como propulsor , por exemplo, natas batidas ; é muito semelhante ao dióxido de carbono isoeletrônico , aproximadamente igualmente pesado , em suas propriedades físicas, como a densidade do líquido condensado ou o ponto de fusão e ebulição .

Contribuição para o efeito estufa e danos à camada de ozônio

Emissões globais antropogênicas de óxido nitroso (em bilhões de toneladas de CO ₂ equivalente , maio de 2010, de acordo com dados da FAO )

Devido à localização de sua absorção de infravermelho em uma janela atmosférica e seu longo tempo de permanência na atmosfera de cerca de 120 anos, o N ₂ O tem um alto potencial de aquecimento global . Como o terceiro gás de efeito estufa de longa duração mais importante, ele dá uma contribuição significativa para o aquecimento global . Sua contribuição para o aquecimento global por meio do efeito estufa é de pouco menos de 10%. Suas emissões do cultivo de sementes oleaginosas para biocombustíveis anulam completamente sua contribuição para a proteção do clima.

Devido à sua decomposição na estratosfera, o óxido nitroso aumenta a concentração de NO _{x ali} , que quebra o ozônio cataliticamente . Entre as emissões antropogênicas que prejudicam a camada de ozônio, o óxido nitroso é agora mais importante do que todos os clorofluorcarbonos (CFCs) combinados.

Os cientistas divulgaram uma quantificação abrangente de fontes e sumidouros globais de gases de efeito estufa em 2020 e relataram que as emissões causadas pelo homem aumentaram 30% nas últimas quatro décadas e são a principal causa dos aumentos nas concentrações atmosféricas, com crescimento recente prevendo os maiores Excede IPCC cenários de emissão .

termodinâmica

• Δ _f H ⁰ _g : + 82,10 kJ / mol ( metaestável )
• S ⁰ _{g, 1 bar} : 219,96 J / (mol K)

usar

Sistema móvel para a aplicação de uma mistura de N ₂ O-oxigênio

Frascos de propelente de gás risonho deixados para trás no campo (provavelmente depois que a onda de óxido nitroso foi induzida)

Cartucho de óxido nitroso em uma motocicleta

• Na medicina, o óxido nitroso é usado como um gás analgésico (a dor) para fins de anestesia ou em uma combinação fixa de 50% de óxido nitroso e 50% de oxigênio ( óxido nitroso e oxigênio ) para o tratamento da dor por um curto e moderado procedimentos cirúrgicos dolorosos. Também se tornou comum na odontologia como uma chamada sedação de óxido nitroso titulável . É um anestésico usado regularmente desde 1844 e tem relativamente poucos efeitos colaterais. O uso de N ₂ O pode prejudicar o efeito da vitamina B12 e do ácido fólico e, assim, levar à anemia perniciosa . Quando utilizado em doentes com perturbações graves da função do músculo cardíaco, existe também o risco de efeitos indesejáveis ​​no sistema cardiovascular. Além disso, o óxido nitroso pode aumentar a resistência vascular pulmonar. Para atingir uma concentração efetiva de 70%, deve (como Andrews reconheceu pela primeira vez em 1868) ser administrado com oxigênio puro . É considerado um anestésico relativamente fraco e é usado principalmente como suporte. Na anestesia moderna , o efeito do óxido nitroso é a adição de outros suplementos anestésicos . É vantajoso que o gás flua para dentro e para fora rapidamente (baixo coeficiente de distribuição sangue / gás), para que a anestesia possa ser facilmente controlada e haja pouca ou nenhuma depressão respiratória . O gás é excretado principalmente pelos pulmões, uma pequena parte se espalha pela pele. A difusão do gás hilariante em cavidades cheias de ar no corpo pode ser problemática; isso pode levar à hipóxia por difusão nos pulmões. No processo, o óxido nitroso desloca o oxigênio dos alvéolos . Isso pode ser evitado inalando oxigênio. O uso médico do óxido nitroso como anestésico está em declínio há muito tempo. É recomendado para autoaplicação para dores leves e moderadas. Hoje é usado novamente em obstetrícia para reduzir a dor do parto . Além disso, o gás hilariante é usado na crioablação como um líquido refrigerante (óxido de nitrogênio, gás hilariante) e alimentado no cateter criobalão. Lá, ele evapora e remove o calor do tecido circundante. As células do músculo cardíaco afetadas são destruídas pela formação de gelo.
• Na odontologia , o gás hilariante é um agente testado e comprovado há décadas, usado principalmente em crianças e pacientes ansiosos, mas também em casos de forte reflexo de vômito. Os efeitos colaterais são raros quando administrados corretamente.
• Na tecnologia de alimentos , o gás hilariante é usado como um aditivo alimentar aprovado (E 942) devido à sua boa solubilidade em gordura sob pressão como um propelente, de preferência para produtos lácteos, por exemplo, para espumar (em vez de bater) chantilly.
• Na cena das drogas , o óxido nitroso é usado por seu efeito dissociativo e sua fácil disponibilidade. A alta dura cerca de 30 segundos a 3 minutos. Existem efeitos dissociativos, fortes alterações na percepção sonora (eco, distorção), formigueiro nos membros, relaxamento dos músculos e uma forte sensação de bem-estar, por vezes de euforia. Se consumido com frequência, existe o risco de deficiência de vitamina B12 . Fatalidades repetidas ocorreram durante esta aplicação (consulte a seção Perigos ).
• Na tecnologia de acionamento , por exemplo em carros , o óxido nitroso é usado para aumentar o desempenho do motor de motores a gasolina , pois contém mais oxigênio do que ar . Essa chamada injeção de óxido nitroso requer apenas mudanças estruturais relativamente pequenas no motor e pode aumentar sua produção em cerca de 20 a 50% no curto prazo. O óxido nitroso é injetado no trato de entrada a partir de vasos de pressão. Esta afinação é particularmente comum nos EUA , mas seu uso em vias públicas é proibido tanto lá como na Alemanha (com exceção de um sistema com ABE ) e só é permitido de forma limitada na maioria dos outros países. Os fabricantes mais conhecidos de injeções de óxido nitroso são NOS , NX e Venom, bem como ZEX. Na Segunda Guerra Mundial, os motores de aeronaves também tiveram seu desempenho aprimorado dessa forma (ver também GM-1 ) .
• Na tecnologia de foguetes , o óxido nitroso é usado como oxidante , por exemplo, em foguetes híbridos como o SpaceShipOne . A vantagem é que pode ser liquefeito por pressão sem resfriamento . Portanto, apenas uma válvula borboleta é necessária para uso em tais motores , mas nenhuma bomba de combustível ou criogenia complexa .
• Na espectrometria de absorção atômica (AAS), o óxido nitroso é usado para o AAS da chama em vez do ar em uma chama de acetileno para gerar temperaturas mais altas (2800 ° C).
• Na pesquisa de catálise , o óxido nitroso é usado na cromatografia frontal reativa para determinar a superfície de cobre cataliticamente ativa.

farmacologia

O gás é incolor, inodoro e insípido; às vezes, um sabor levemente adocicado é relatado quando inalado. Tem um efeito analgésico e fracamente narcótico. Os efeitos analgésicos (analgésicos) ocorrem a partir de uma concentração de cerca de 20% de óxido nitroso no ar que você respira. O gás da risada oxida a vitamina B12 no corpo , que então não está mais disponível como uma coenzima para a enzima metionina sintase . Se o óxido nitroso for usado por mais de seis horas, a função da metionina sintase, que é importante para a produção de muitos blocos de construção de proteínas importantes, é reduzida. O efeito do óxido nitroso é apenas breve, após cerca de 15 minutos os efeitos não são mais perceptíveis. Devido ao seu efeito analgésico em anestesia, o óxido nitroso pode ser adicionado à mistura de gases durante a realização da anestesia geral, onde reduz muito o consumo de anestésicos inalados.

No contexto de métodos anestésicos alternativos, tecnologia de equipamento aprimorada (por exemplo , anestesia de baixo fluxo ) e maior vigilância em relação à possível poluição ambiental ( gás de efeito estufa ), menos óxido nitroso tem sido usado em anestesia desde o final da década de 1990. Desde então, muitos hospitais pararam de usar óxido nitroso e usam apenas ar comprimido e oxigênio em seu suprimento de gás central. Do ponto de vista médico, entretanto, ainda há pouco a dizer contra o uso do óxido nitroso para anestesia.

dirigiu

Existe o risco de asfixia ao usar botijões de gás grandes em salas fechadas. O gás risonho promove o fogo (compare: amostra de chip incandescente ). Existem perigos especiais quando usado como um tóxico: Se você inalar óxido nitroso puro - z. B. de balões cheios - as consequências podem ser disforia , confusão, náusea, dor de cabeça, soluços e queda na pressão arterial. Quantidades elevadas levam a um fornecimento insuficiente de oxigênio ao sangue ( hipoxemia ), o que pode causar parada cardíaca , danos cerebrais e morte. Se o gás hilariante for inalado diretamente do recipiente de gás, os lábios, a laringe e os brônquios podem congelar devido ao frio do gás. Esta é outra razão pela qual os balões cheios são usados ​​principalmente.

literatura

• Albert Faulconer, Thomas Edward Keys: Nitrous Oxide. In: Foundations of Anesthesiology. Charles C. Thomas, Springfield (Illinois) 1965, pp. 372-441 e pp. 605 f. (Gas Mixtures) .

Links da web

• Óxido nitroso . In: Erowid . (Inglês)
• Livro- texto sobre óxido nitroso online livro-texto de livre acesso sobre o uso médico do óxido nitroso

Evidência individual