一氧化二氮

一氧化二氮（Diazo   oxide），又名一氧化二氮，一种重要的氮氧化物，俗称“笑气”，能让人感到快乐，让人发笑。其化学式为N2O，常温下为无色气体，有微甜气味。

N2O是一种空气污染物，在一定条件下可以支持燃烧。除了湿地等自然来源，还来自农业生产、工业生产和燃料燃烧将导致臭氧层的破坏、温室效应增加。

N2O能溶于水、乙醇、乙醚和浓硫酸可用作化学合成的催化剂；它还具有麻醉作用，因此可用于医疗领域，以减轻患者的痛苦；它还可以用于军事工业和其他领域，如作为航天器的推进剂。但过量或长期使用N2O对人体神经系统有害、血液系统、精神系统的危害会逐渐明显，甚至引起窒息死亡。

1772年，英国化学家约瑟夫·普利斯特利（Joseph   priestley）实验中首次发现了N2O；1798年，贝多通过吸入这种气体来治疗肺结核和其他肺部疾病。1799年，另一位英国化学家汉弗莱·戴维（ H.Davy）发现吸入 N2O 可引起快感和眩晕，故该气体得名“ 笑气”

1800年，汉弗莱·戴维(Humphrey   David)出版了一本关于N2O的书，书中有一段话：氧化亚氮可以用于人体手术，因为它可以消除身体疼痛”

亨利·希尔·希克曼出生于1800年，毕业于皇家医学院，获得硕士学位s学位当他在什罗普郡的德洛当医生时，他看到了病人的痛苦，想减轻病人的痛苦，于是他尝试使用CO2、在动物手术中使用N2O时，发现它能有效地减轻动物的痛苦。他想将这种方法应用于人体，但英国专业人士嘲笑这项工作，并谴责它是危险和无用的他把这一发现交给了巴黎的皇家医学院，却没有得到任何回复。后来他失望地回到英国，29岁就去世了。

直到1844年，N2O才被明确而肯定地用作全身麻醉剂，N2O 成为威尔士拔牙的首选药物。1881年，它在波兰首次被用作分娩止痛剂；1993年研制出混合氮气和氨气的双罐设备，使得N2O的使用更加方便。

N2O

N2O对人体有镇痛作用、麻醉、抗焦虑等有益作用，但也会上瘾，过量吸烟会导致缺氧，甚至心脏骤停等症状。

毒性机理

 N2O有成瘾性，吸食后对人体有害。主要是因为它比氧气更易溶于水，一旦吸入，会比氧气更快地通过肺泡基底膜扩散，然后迅速进入血液，造成肺泡内氧气量的稀释。肺泡内氧张力的降低会导致向大脑输送的氧气减少健康的人可以在通风良好的空间中忍受这种类型的缺氧，但他们会患癫痫、患有心脏病或其他并发症的人可能会癫痫发作、心律不齐甚至呼吸或心跳停止。

药理作用

N2O的镇痛机制尚不清楚一种观点认为，N2O会增加人体内的内啡肽、多巴胺促进大脑和脊髓中其他阿片类物质的释放，阿片类物质通过-氨基丁酸（GABA）中间神经元等机制可以解除下行抑制通路上的紧张抑制，抑制脊髓水平伤害感受的信号处理和上传，从而实现N2O的镇痛作用。在N2O镇痛的临床应用中，一般溶解度为50%左右。

N2O是一种非特异性氮-甲基天门冬氨酸（NMDA）受体阻滞剂可以抑制NMDA谷氨酸受体，消除其在神经系统中的兴奋性，从而达到麻醉作用。并且N2O的血/气分配系数较低（47）因此其在血液中的溶解度很低，麻醉诱导和麻醉后患者苏醒较快。N2O也有抗焦虑作用，其机制类似于苯二氮卓类药物。

健康危害

当人们吸入N2O时，主要是从压缩空气罐中直接吸入，容易导致严重的肺损伤，甚至死亡。在缺氧的情况下，大量或反复吸入N2O会导致严重缺氧和头晕、晕厥、低血压甚至心脏病发作，主要是由于大量或反复摄入N2O导致人体缺乏维生素B12长期大量摄入还会引起贫血和中枢神经系统损伤，导致脑功能损害、瘫痪，甚至死亡。

长期接触N2O会造成DNA损伤DNA损伤的程度与环境空气中N2O的水平呈正相关，还会对生殖系统产生不良影响，表现为生育能力下降、自然流产和出生缺陷。另外，过量使用N2O会引起精神症状，常见的精神症状是偏执、认知障碍、焦虑、抑郁症等。

从2011年到2020年，全球平均N2O排放总量为17.2TgN/年，包括12.0TgN/年来自陆地、5.2TgK/年来自海洋。到2021年，全球大气N2O浓度将达到334.5±0.1ppb，大气中N2O溶解度增加的主要来源是自然源（海洋、森林和稀树草原），其次是人力资源（发电厂、废水处理厂、内燃机与硝酸生产）

自然来源

N2O的天然来源主要来自土壤中的微生物分解，NO是微生物分解过程中复杂有机物硝化反硝化的结果。

形成的N2O进入大气，会增强温室效应；还会被微生物进一步利用，转化为分子氮，对大气影响小。在变化的气候条件下，如冬季土壤融化，夏季土壤潮湿，N2O释放最多，因为夏季干旱时，由于反硝化作用不完全，降雨几小时到几天后，N2O释放可能急剧增加。在农业生产中，施入土壤的氮肥被微生物硝化、反硝化作用分解产生N2O，土壤中N2O的排放还受土壤性质和耕作方式的影响。

人为来源

人为来源首先包括化石燃料（如煤、石油、天然气等）在高温下，氮气和氧气反应生成N2O。此外，燃料中燃烧含氮物质会产生氮氧化物，也会造成空气污染。和各种内燃机燃料（如汽油、柴油等）燃烧也会产生N2O。人为来源还包括工业生产工业生产中N2O的主要来源是硝酸和己二酸的生产，废水处理也会产生N2O。

生产制备

传统的N2O制备工艺主要包括氨氧化、硝酸盐-用浓硫酸处理尿素、NO还原法和硝酸铵热分解法。

氨氧化法

氨氧化法是以氨为原料这种方法利用不同的温度，遵循不同的反应路径，生成不同氧化程度的含氮产物，从高到低依次为N2、N2O和NO，N2O会在更高的温度下开始出现。氨氧化产物通过与液氨热交换而冷却，并分离出N2、用碱性水溶液和含高锰酸钾的水溶液除去不凝性气体N2ONO和氨水氮氧化物，用水洗涤产物吸收N2O，除去N2和O2，最后从含N2O的高压水中释放压力，分离出高溶解度的N2O气体。

2NH3   2O2→N2O 3H2O

硝酸铵热分解法

在工业上，硝酸铵的热分解是制备N2O的最常见和最经典的方法之一硝酸铵一般在250℃加热制备，硝酸铵中加入一定量的磷酸盐，有利于在稍低的温度下获得纯净的N2O。在实验室制备N2O时，由于硝酸铵在高温下容易爆炸，所以主要通过加入硝酸铵和硝酸钠的混合物来制备。

nh4no 3→N2O    2 H2O    36.8KJ/mol

NO还原法

工业上常采用NO还原法制备N2O反应在气相中进行，通过控制原料气的溶解比，NO还原反应的温度一般控制在200 ~ 450℃。首先，氨氧化产生含有N2O和其他氮氧化物的气体混合物，然后引入还原气体以将其中的NO或NO2还原成N2O。

2NO   H2→2N2O H2O

2no     co→2n2o     CO2

硝酸盐—用浓硫酸处理尿素

尿素主要溶解在浓硫酸中，向所得溶液中缓慢加入硝酸，保持溶液在40℃~ 100℃的反应温度范围内，得到N2O等混合气体，再用碱性溶液洗涤除去酸性杂质，从而分离N2O。

N2O在室温下相对稳定N2O是一种线性分子，其中一个氧原子与一个氮原子相连，第二个氮原子与氧原子相连对于N=N和N=O，N2O的键长分别为1.24埃（Å）和1.21埃（Å）N2O分子的结构可用A和b的共振形式来描述。N2O分子的偶极矩较低，为0.161D，主要原因是A和B共振形式中的电荷分布是相反的，其N-N键长为1.128比标准N=N键（1.24Å）比N≡N键短很多（1.10Å）长的不显著。N-O键长为1.184双键与标准n=O（1.21Å）非常相似，因此，N2O中的N-N和N-O键序分别为2.73和1.61。

医学领域

N2O有显著的镇痛作用、抗焦虑和麻醉作用，在医学领域主要用作吸入麻醉剂。医生经常用氧化亚氮来解除病人的分娩痛苦、创伤、口腔手术等引起的疼痛。它还可以缓解疼痛，因为它可以刺激内源性阿片类药物的释放，从而阻断疼痛信号的传递。其次，N2O 由于其相对无害的特性，可以作为治疗毒瘾的药物。

食物领域

在食品工业中，N2O可用于食品冷却、冷冻和储存，也用作食品防腐剂、食品添加剂、推进剂和包装气体。N2O作为一种食品防腐剂，可以抑制果实中乙烯的产生，减少一些跃变型和非跃变型果实腐烂病的发生因此，N2O可以用作水果的保鲜作用和喷施剂；作为食品推进剂，主要用于餐饮行业，比如搅拌、发泡和鲜奶油制备的推进剂。

军工领域

N2O在一定温度下能快速生成氮气等气体，可以提高燃烧效率它可以以相对较高的密度储存，像液体一样长期储存在航天器上因此，它可以用作航天器的推进剂。

合成化学领域

N2O 在有机和无机合成化学中可用作氧化剂或氮原子供体。N2O是强氧化剂，但化学惰性高，限制了其化学反应活性。N2O可用于过渡金属的催化氧化、可用作氮原子供体，合成更复杂的分子。

汽车领域

N2O可以应用于机动车，改变内燃机的性能特征当含N2O的物质和燃料喷入发动机时，会降低发动机空气的温度，增加氧含量，最重要的是增加燃料在发动机内燃缸中的燃烧率。

物理性质

正常情况下，N2O是一种无色气体，有淡淡的宜人气味和甜味，是空气中的常量成分。液态时，需要储存在有一定压力的钢瓶里，液态N2O在里面-在40℃~25℃的温度范围内，比容电阻为2.5×1014~3.5×1014欧姆，也是电介质。N2O的分子量是44.01，在0℃和0.1MPa下的分子体积为22.251。N2O是线性不对称结构：N≡N=O，N2O的电离势为12.6eV，N≡N键的功率常数为18.2，N=O键的功率常数为12.

在一定压力下，N2O可以溶解在有机溶剂中，如丙酸、乙醇等溶剂，但也溶解在一些无机盐溶液中，如氯化物、硫化物、亚硝酸盐溶液。

化学性质

N2O在环境条件下是一种惰性化合物-它在50℃至50℃的温度范围内是稳定的。N2O不与水、酸和碱的溶液发生反应，但在一定压力下可以溶于水5℃时，在水中的溶解度为1.048；20℃时，在水中的溶解度为0.629。它以相应的不稳定亚硝酸H2N2O的形式溶于水，很容易分解为水和N2O。

2 H2 N2 o  = 2 N2 o     H2O

Nitrous oxide is not affected by potassium permanganate、Cl2O等强氧化剂在正常情况下不与O2反应，但N2O在O2中加热超过500℃时被点燃氧化。

2n2o    3 o 2 = 4 no 2   26.6KJ/mol

N2O也能与碱和碱土金属以及一些过渡金属反应（Fe、Co 、Cr等）发生发应。

N2O     Fe  =  FeO     N2.6 KJ/mol

N2O与氢气、氨气、碳氧化物与碳氢化合物反应释放出更多的热量。