Химия и Химики № 1 2012. Закись азота. Получение, хранение и физиологическое действие. Nitrous oxide. Preparation, storage and physiological effects

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Веселящий газ: свойства и применение

Однажды, прочитав биографию Гемфри Дэви, я решил повторить его знаменитые опыты с вдыханием веселящего газа (он же - закись азота N₂O). Меня заинтересовали описания поведения людей вдыхающих этот газ. Что же такое "веселящий газ" и где он применяется?

Для начала приведем свойства закиси азота из книги Ю.В. Карякин, И.И. Ангелов Чистые химические вещества (1974) ссылка

Азот закись ("Веселящий газ")

Nitrogenium oxydulatum, Nitrous oxide, Stickoxidul Lachgas
N₂O, молекулярный вес 44.01

Свойства

Бесцветный газ со слабым сладковатым запахом и вкусом. Тпл. -90.8; Ткип. -88.5°С. Плотность N₂O 1.5299 (по воздуху) при 0°С и 760 мм рт. ст. При нормальных условиях 1 л закиси азота весит 1.9778 г. Плотность жидкой закиси азота 1.226 г/см³ при -89°С. Закись азота растворима в воде и еще лучше - в этиловом спирте (1 объем спирта растворяет 4 объема закиси азота при 20°С). При нагревании свыше 500°С закись азота разлагается:

2N₂O = 2N₂ + O₂ +39 ккал

Процентное содержание кислорода в продуктах распада N₂O выше, чем в воздухе, поэтому горение веществ идет энергичнее. При повышенных температурах закись азота действует как сильный окислитель. Например, тлеющая лучина вспыхивает, как в кислороде, а смеси закиси азота с водородом и аммиаком при нагревании взрываются.

Малые концентрации закиси азота при вдыхании вызывают чувство своеобразного опьянения, которое обычно сопровождается выраженной эйфорией, благодаря этому закись азота получила свое знаменитое тривиальное название - веселящий газ. При вдыхании чистого газа быстро развиваются наркотическое состояние и асфиксия. В смеси с кислородом при правильном дозировании вызывает наркоз без предварительного возбуждения и побочных явлений. Закись азота при вдыхании не вызывает раздражения дыхательных путей, с гемоглобином не связывается. После прекращения вдыхания через 10...15 минут полностью выделяется через дыхательные пути в неизменном виде.

Основное свое применение закись азота находит в медицине из-за ее наркотических свойств. Газ используется для наркоза в смеси с кислородом в хирургической практике, оперативной гинекологии, хирургической стоматологии, для обезболивания родов, для профилактики травматического шока в послеоперационный период, а также для купирования болевых приступов при острой коронарной недостаточности, инфаркте миокарда, остром панкреатите и других патологических состояниях, сопровождающихся болями.

Одно из наиболее известных медицинских применений закиси азота - обезболивание при стоматологических операциях. Смесь кислорода и веселящего газа подается в маску, закрепленную на носу. Концентрация газа подбирается так, чтобы пациент находился в сознании, при этом он мало восприимчив к боли и испытывает состояние приятной релаксации. Благодаря этому дети в европейских странах не боятся стоматологов, что позволяет проводить продолжительное лечение. К сожалению, в России эта процедура практически не используется, благодаря этому стоматологи для многих детей являются воплощением зла, а сам процесс часто напоминает средневековые пытки. По крайней мере, так казалось автору в детстве.

Из второстепенных по значимости областей применения веселящего газа отметим пищевую промышленность. Закись азота зарегистрирована как добавка Е-942. В отличие от широко используемого двойника по физическим свойствам - углекислого газа употребляется редко. Нам удалось найти лишь один довольно распространенный продукт, содержащий веселящий газ - это взбитые сливки. Выпускаются аэрозольные баллончики, где веселящий газ используется в качестве пропеллента или сливки взбиваются в сифонах с помощью восьмиграммовых баллончиков со сжиженным газом. Из аэрозольного баллончика взбитых сливок нам удалось получить около трех литров веселящего газа. Другими словами, взбитые сливки могут служить быстрым и очень простым (но дорогим) нехимическим источником получения небольших количеств газа. Однако не будем забегать наперед: получению закиси азота из взбитых сливок посвящен один из следующих разделов статьи.

Одно из популярных любительских применений закиси азота т.н. системы NOS - от англ. Nitrous Oxide System, использующиеся для увеличения мощности двигателей внутреннего сгорания, что является очень привлекательным для автогонщиков. Сжиженная закись азота из баллона и горючее впрыскиваются во впускной (всасывающий) коллектор двигателя, что приводит к следующим результатам:

* снижает температуру всасываемого в двигатель воздуха, увеличивая тем самым плотность поступающей в цилиндры смеси;
* увеличивает содержание кислорода в поступающем газе (воздух содержит лишь 21 % кислорода по весу);
* повышает скорость (интенсивность) сгорания в цилиндрах двигателя.

Увеличение количества кислорода позволяет сжигать большее количество топлива, как следствие высвобождать больше энергии. Чистый кислород непригоден для этой цели, ввиду слишком сильного окислительного действия. Азот, образующийся при распаде закиси азота, не дает смеси детонировать. Подобные системы, однако, несмотря на громкую рекламу, скорее дорогое развлечение, т.к. дают крайне непродолжительный эффект (баллон расходуется очень быстро) и двигатель при этом быстрее изнашивается. NOS используются лишь любителями гонок.

Не совсем приятной областью использования закиси азота стало его "неофициальное применение" в качестве наркотического вещества (вернее ингалянта), другими словами - злоупотребление веселящим газом. В США довольно распространено нецелевое использование баллончиков с пищевым веселящим газом для взбивания сливок. В России увлечение вдыханием веселящим газом начало приобретать популярность в клубах. Об этом будет подробнее сказано во второй части.