أكسيد النيتروس – N2O

في الكيمياء إن مركب أكسيد النيتروس (النيتروز) وفي الإنجليزية (nitrous oxide) هو عبارة عن أحد المركبات الكيميائية الواقع ضمن فئة غير العضوية، يتكون من ذرتين من النيتروجين وذرة من الأكسجين، يمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (N2O)، وهو عبارة عن غاز عديم اللون يمتلك طعم حلو، وهو معروف باسم “غاز الضحك”، قد يؤدي استمرار تنفس أبخرته إلى إضعاف عملية اتخاذ القرار، وهو غير قابل للاحتراق ولكنه سيسرع من عملية احتراق المواد القابلة للاحتراق في النار، ويتم استخدامه كمخدر وفي عبوات الضغط وفي تصنيع مواد كيميائية أخرى.

أكسيد النيتروس

• إن أكسيد النيتروز هو عبارة عن غاز طبيعي عديم اللون وغير قابل للاشتعال، ويمكن تصنيعه واستخدامه لمجموعة متنوعة من الأشياء مثل العامل الدوائي لإنتاج التخدير، والمضافات الغذائية كمادة دافعة، والمواد المضافة للوقود لزيادة الأكسجين المتاح في الاحتراق، مؤكسد، يدعم بقوة الاحتراق، وقد يتفاعل بعنف مع بعض المواد، وينتج عن التحلل الحراري منتجات سامة، وهو غير متوافق مع الألومنيوم وأكاسيد البورون والهيدرازين وعوامل الاختزال القوية.

• أكسيد النيتروز (السائل المبرد) يظهر كسائل عديم اللون، يمتلك كثافة 1.22 جم لكل سم مكعب، وعند نقطة غليانه -89 درجة مئوية يغلي ليعطي غازا عديم اللون ذو رائحة حلوة وسام بدرجة معتدلة، والغاز له تأثيرات مخدرة عند استنشاقه (غاز الضحك)، علما أنه يشحن تحت التبريد، ويبلغ ضغط البخار حوالي 745 رطل لكل بوصة مربعة عند 70 درجة فهرنهايت، يستخدم من أجل تجميد الأطعمة ولصنع مواد كيميائية أخرى.

• الاسم الشائع لأول أكسيد النيتروجين (N2O) هو أكسيد النيتروز، وأكسيد النيتروز هو غاز عديم اللون وغير قابل للاشتعال وغير سام وله رائحة وطعم حلو قليلاً، ينتج أكسيد النيتروز عن طريق التحلل الحراري لنترات الأمونيوم عند حوالي 240 درجة مئوية:

NH4NO3 (g) → N2O (g) + 2H2O (g)

• ويعتبر أكسيد النيتروز أحد الغازات الدفيئة المهمة، مدة إقامته في الغلاف الجوي هي 120 سنة، ويتمتع جزيء (N2O) بإمكانية امتصاص الحرارة بمقدار 310 أضعاف مقارنة بجزيء ثاني أكسيد الكربون، وأكسيد النيتروز مستقر وغير متفاعل على سطح الأرض، ولكن يمكن نقله إلى طبقة الستراتوسفير حيث يمتص الطاقة ويتحول إلى أشكال تفاعلية من النيتروجين مثل أكسيد النيتريك وجذر النترات الذي يساهم في تدمير الأوزون.

• الخواص الكيميائية لأكسيد النيتروز: هو غاز عديم اللون بدون رائحة ملحوظة أو رائحة وطعم حلو قليلاً، ويزن لتر واحد عند 0 درجة مئوية وضغط 760 مم من الزئبق حوالي 1.97 جرام، وحجم واحد يذوب في حوالي 1.4 حجم من الماء عند 20 درجة مئوية وضغط 760 مم من الزئبق، وهو قابل للذوبان بحرية في الكحول وقابل للذوبان في الأثير والزيوت، ويتم تحضيره عن طريق التحلل الحراري لنترات الأمونيوم.

• أنه أثقل من الهواء وكثافة في الهواء 1.53 (الهواء = 1)، وكثافة الغاز 1.977 جم لكل لتر عند 0 درجة مئوية، وهو غاز غير قابل للاحتراق يدعم الاحتراق يتحول إلى سائل عديم اللون عند درجة حرارة -88.5 درجة مئوية، وكثافة السائل 1.226 جم لكل مل عند -89 درجة مئوية، ويتجمد إلى مادة صلبة بلورية مكعبة عند -90.8 درجة مئوية، وعزم ثنائي القطب 0.166، وأما درجة الحرارة الحرجة فهي 36.5 درجة مئوية، والضغط الحرج 71.7 وحدة ضغط جوية، والذوبان في الماء: 130 مل من الغاز يذوب في 100 مل من الماء عند 0 درجة مئوية و 56.7 مل في 100 مل من الماء عند 25 درجة مئوية، وهو قابل للذوبان في الكحول والأثير وحمض الكبريتيك.

استخدامات أكسيد النيتروس

• يتم استخدام أكسيد النيتروس في منتجات التنظيف والعناية المنزلية، في غسالة الأطباق وفي منظفات غسل الأطباق الأوتوماتيكية، وفي السيارة إذ يتم استخدامه في صيانة المحرك في سوائل السيارات والمواد المضافة، في سوائل التوجيه المعزز وفي سوائل ناقل الحركة وفي سوائل الفرامل وفي منظفات حاقن الوقود وفي معالجات الغاز أو مانعات التسرب، وتم الإبلاغ عن استخدام وظيفي لعنصر العطر، وفي الاستخدام الوظيفي لمنظمة التعاون والتنمية في الميدان الاقتصادي للوقود غير الدافع.

• يتم استخدام أكسيد النيتروس لأكسدة المركبات العضوية عند درجات حرارة تزيد عن 300 درجة مئوية، ولصنع النتريت من الفلزات القلوية عند نقاط غليانها، وفي تركيبات وقود الصواريخ (مع ثاني كبريتيد الكربون)، وفي تحضير الكريمة المخفوقة، وكمخدر في طب وجراحة الأسنان وغازات دافعة في رذاذ الطعام ولكشف التسرب إذ أنه وكيل في كشف التسربات في انابيب الغاز الطبيعي.

• لقد تم اكتشاف أكسيد النيتروز بواسطة بريستلي، ويوجد هذا الأكسيد في الغلاف الجوي بتركيزات ضئيلة، ويستخدم الغاز كمخدر وخاصة في طب الأسنان والجراحات الصغرى، حيث ينتج عنه هستيريا خفيفة وضحك يسبق تأثير التخدير ولهذا السبب يطلق عليه أيضًا “غاز الضحك”، ويتم استخدامه كمادة دافعة للهباء الجوي وعامل تهوية للكريمة المخفوقة وعامل مؤكسد في درجات حرارة عالية، كما ويستخدم أكسيد النيتروز أيضًا في تحضير النيتريت وكغاز لهب في مطياف الامتصاص الذري للمعادن.

الوظائف البيولوجية لأكسيد النيتروس

• ينتج أكسيد النيتروس تأثيره المخدر دون خفض ضغط الدم أو النتاج القلبي، وعلى الرغم من أنه يثبط عضلة القلب بشكل مباشر إلا أن الاكتئاب القلبي يقابله تحفيز متعاطف بوساطة أكسيد النيتروز، وبالمثل يتم الحفاظ على التنفس، حيث ينخفض ​​حجم المد والجزر، ولكن التهوية الدقيقة تدعمها زيادة مركزية في معدل التنفس، ومع ذلك نظرًا لأن التأثير المثبط للجهاز التنفسي لأكسيد النيتروز يتآزر مع الأدوية مثل المواد الأفيونية الأفيونية والبنزوديازيبينات فلا ينبغي اعتبار أكسيد النيتروز حميدًا.

• لا يمكن الوصول إلى مستويات عميقة من التخدير حتى عند استخدام أعلى تركيزات عملية لأكسيد النيتروز (N2O 60-80٪ مع الأكسجين 40-20٪)، على الرغم من أن فقدان الوعي يحدث عند هذه المستويات الملهمة إلا أن المرضى يظهرون علامات على إثارة الجهاز العصبي المركزي مثل المعاناة الجسدية والقيء، وإذا كان مجرى الهواء غير محمي فقد يؤدي القيء إلى التهاب رئوي شفطي؛ لأن ردود الفعل الوقائية للمجرى الهوائي منخفضة.

• من ناحية أخرى، فإن التراكيز المنخفضة الملهمة (25-40٪) من أكسيد النيتروز تنتج تثبيط الجهاز العصبي المركزي دون ظواهر مثيرة وتستخدم سريريًا بشكل أكثر أمانًا، وتتضمن خصائص الجهاز العصبي المركزي للتوتر المنخفض المستوحى من أكسيد النيتروز فترات من الشمع وتضاؤل ​​الوعي وفقدان الذاكرة والتسكين الفعال للغاية، وينتج أكسيد النيتروز بنسبة 25٪ أقصى تأثير مسكن للغاز وبهذا التركيز يتم منع الاستجابات للتلاعب الجراحي المؤلم بشكل فعال كما هو الحال مع جرعة علاجية من المورفين.

• وتُستخدم هذه التركيزات المنخفضة الملهمة من أكسيد النيتروز في طب الأسنان وأحيانًا لعمليات جراحية مؤلمة مختارة (أي لتخفيف آلام المخاض)، نظرًا لأن قابلية ذوبان أنسجة أكسيد النيتروز منخفضة فإن تأثيرات الجهاز العصبي المركزي تكون سريعة في الظهور والتعافي سريعًا عند عودة المريض إلى هواء الغرفة أو الأكسجين، ويتمثل الاستخدام الأكثر شيوعًا لأكسيد النيتروز مع أدوية التخدير المتطايرة الأكثر فعالية.

تاريخ وأساليب الانتاج لأكسيد النيتروز

• لقد تم تحضير أكسيد النيتروز عام 1772 ميلادي بواسطة جوزيف بريستلي (1733 1804)، لقد أعد بريستلي أكسيد النيتريك عن طريق تفاعل حمض النيتريك مع معدن مثل النحاس، ثم تفاعل أكسيد النيتريك مع الماء والحديد لإنتاج أكسيد النيتروز:

3Cu (s) + 8HNO3 (aq) → 2NO (g) + 3Cu(NO3) 2 (aq) + 4H2O (l)

 2NO (g) + H2O (l) + Fe (s) → N2O (g) + Fe(OH) 2 (aq)

• على سبيل المثال تتراوح سنة اكتشاف أكسيد النيتروز بين 1772 و 1793 ميلادي، همفري ديفي (1778 1829) درس التأثيرات الفسيولوجية لأكسيد النيتروز، وفي عام 1799 ميلادي كتب أبحاثًا كيميائية وفلسفية، خاصة فيما يتعلق بأكسيد النيتروز.

• لقد تم تحضير أكسيد النيتروز (1) عن طريق تفاعل هيبونيتريت الفضة (Ag2N2O2) وكلوريد الهيدروجين في الأثير اللامائي، وتبخر المحلول الناتج، (2) عن طريق تفاعل هيدروكسيل أمين (H2NOH) بالإضافة إلى حمض النيتروز (HONO).

• أكسيد النيتروز غاز عديم اللون قابل للذوبان في الماء بشكل ملحوظ (1.3 حجم في حجم واحد من الماء عند 0 درجة مئوية) ولكنه أكثر قابلية للذوبان في الإيثانول، يتم تحضيره تجاريًا عن طريق التسخين الدقيق لنترات الأمونيوم، تتم إزالة أكاسيد النيتروجين الأعلى بتمرير الغاز الجاف عبر سلسلة من أبراج الغسل:

NH4NO3 (s) → N2O (g) + 2H2O (g)

• يتحلل أكسيد ثنائي النيتروجين بسهولة إلى حد ما عند التسخين إلى درجات حرارة أعلى من 520 درجة مئوية، مما يعطي النيتروجين والأكسجين.