Закись азота

Закись азота — это неорганическое химическое соединение с формулой N₂O, представляющее собой бесцветный газ со сладковатым запахом и вкусом. При нормальных условиях он негорюч, но поддерживает горение, как и кислород. В медицине и промышленности известен также под названиями «веселящий газ» и «оксид азота(I)». По химической природе является одним из оксидов азота, при этом прямым окислением азота не образуется. В XX веке получил широкое распространение как ингаляционное анестетическое средство и пропеллент в пищевой промышленности.

История

Впервые закись азота была синтезирована в 1772 году английским химиком Джозефом Пристли, который получил её при нагревании нитрата аммония. Однако первооткрывателем её физиологических свойств считается химик и фармацевт Хамфри Дэви, который в 1799 году в ходе экспериментов на себе и добровольцах описал анестезирующее и эйфоризирующее действие газа. В 1844 году американский дантист Гораций Уэллс впервые применил закись азота для обезболивания при удалении зуба, однако публичная демонстрация прошла неудачно из-за недостаточной концентрации газа, что временно затормозило внедрение метода. Только с середины XIX века «веселящий газ» начал систематически использоваться в хирургии и стоматологии, часто в комбинации с другими анестетиками.

Физические и химические свойства

Закись азота — газ без цвета со слегка сладковатым запахом. При давлении в 40 атмосфер при комнатной температуре переходит в жидкое состояние. В жидком виде представляет собой бесцветную подвижную жидкость. Критическая температура N₂O составляет 36,4 °C, критическое давление — 72,45 атмосферы. Плотность газа при нормальных условиях примерно в 1,53 раза больше плотности воздуха.

Химически закись азота относительно инертна при низких температурах. При нагревании выше 500 °C разлагается на азот и кислород:

2N₂O → 2N₂ + O₂

Эта реакция делает её хорошим окислителем в ракетных топливах и двигателях внутреннего сгорания. В присутствии восстановителей при повышении температуры N₂O может проявлять окислительные свойства. С водой закись азота образует нестойкий гидрат, при этом растворимость в воде (при 20 °C и нормальном давлении) составляет около 0,6 объёма газа на 1 объём воды — значительно ниже, чем у углекислого газа.

Получение

Основной промышленный способ получения закиси азота — термическое разложение нитрата аммония:

NH₄NO₃ → N₂O + 2H₂O

Реакцию проводят при температуре 200–250 °C. Продукт требует очистки от примесей (аммиака, NO, HNO₃), что достигается фильтрацией и осушкой. В лабораторных условиях N₂O получают также из смеси сульфаминовой кислоты и азотной кислоты или при действии азотистой кислоты на гидроксиламин. В медицинских целях газ дополнительно очищают и проверяют на отсутствие токсичных примесей.

Применение

Медицина и стоматология

Закись азота — один из первых синтетических анестетиков в истории. В современной медицине применяется для ингаляционной анестезии и седации, чаще всего в смеси с кислородом (обычно 50–70 % N₂O, 30–50 % O₂). Используется при кратковременных болезненных процедурах, в стоматологии, хирургии, акушерстве (облегчение схваток), а также в педиатрии. Характеризуется быстрым началом действия и быстрым восстановлением после прекращения подачи. Недостатком является слабая анестезирующая сила: в качестве единственного средства N₂O не способна обеспечить хирургическую стадию наркоза без риска гипоксии, поэтому её часто комбинируют с другими анестетиками и миорелаксантами. Побочные эффекты включают тошноту, рвоту, головокружение, а при длительном использовании (в условиях работы без вентиляции) — угнетение синтеза метионина, что может привести к неврологическим нарушениям.

Пищевая промышленность

В качестве пищевой добавки закись азота зарегистрирована под кодом Е942. Используется как пропеллент (вытесняющий газ) в баллончиках для взбитых сливок и аэрозольных кулинарных продуктов. Благодаря жирорастворимости и отсутствию неприятного вкуса она хорошо пенит жидкие смеси, создавая стабильную пену. В отличие от углекислого газа, не придаёт продуктам кислинку.

Техника и ракетное топливо

Закись азота применяется как окислитель в составе монотопливных и двухкомпонентных ракетных двигателей, особенно в гибридных ракетных системах и системах ориентации космических аппаратов. Используется в двигателях автомобилей с закисно-азотными системами ускорения (NOS — nitrous oxide system). При впрыске в цилиндры N₂O разлагается на азот и кислород, что повышает количество окислителя и позволяет сжечь больше топлива, значительно увеличивая мощность (до 300 % в форсированных двигателях). Однако применение таких систем без соответствующего усиления двигателя ведёт к его разрушению.

Рекреационное использование

Вдыхание закиси азота с целью получения кратковременной эйфории, смеха, галлюцинаций и лёгкого наркотического опьянения известно с конца XVIII века. В современную эпоху рекреационное использование «веселящего газа» распространено среди молодёжи, часто в клубах и на вечеринках. Газ вдыхают из воздушных шариков или специальных баллончиков. Эффект длится несколько минут и сопровождается чувством расслабления, усилением сенсорных ощущений, иногда нарушением координации. При неправильном использовании (например, вдыхание в закрытом помещении без кислорода, большие дозы) возможна гипоксия, потеря сознания, асфиксия, а при злоупотреблении — полинейропатии и неврологические нарушения. В ряде стран, в том числе в России, оборот закиси азота для немедицинского и нетехнического использования ограничен или запрещён. Законодательство РФ относит свободную розничную продажу «веселящего газа» как наркотически действующего вещества к административным правонарушениям (ст. 14.53 КоАП РФ, а также предписания Роспотребнадзора).

Классификация и правовой статус

Закись азота входит в Перечень наркотических средств, психотропных веществ и их прекурсоров, подлежащих контролю в РФ, но не как наркотик, а как вещество, используемое для одурманивания. С 2021 года в России введён запрет на свободную реализацию закиси азота в немедицинских целях (крупные партии и баллончики объемом более 1 литра подлежат лицензированию). В ряде стран (Великобритания, Нидерланды, Новая Зеландия) рекреационное её использование приравнено к обороту наркотиков или ограничено административно. Всемирная организация здравоохранения не рекомендует немедицинское вдыхание закиси азота из-за риска повреждения нервной системы и угрозы гипоксии.

Токсикология

Закись азота обладает низкой токсичностью при кратковременном действии. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны в России составляет 50 мг/м³. Длительное воздействие (сотни и тысячи часов) может вызывать метгемоглобинемию, угнетение активности витамина B₁₂ и связанные с этим неврологические расстройства (периферические нейропатии, спинальную дегенерацию). Патологическое состояние также возникает при злоупотреблении в рекреационных целях: на фоне дефицита кобаламина возможны онемение конечностей, атаксия, когнитивные нарушения, в тяжёлых случаях — паралич. Лечение включает отмену газа, введение витамина B₁₂ (цианокобаламин), при необходимости — метионина.

Литература

• Оксиды азота: физико-химические свойства и переработка / Под ред. В. И. Додонова. — М.: Химия, 2001.
• Кузнецов О. А. Анестезиология и реаниматология: учебное пособие. — М.: Гэотар-Медиа, 2010. — ISBN 978-5-9704-1376-5.
• Сыровнев А. А. Наркология и токсикология: справочник практического врача. — СПб.: СпецЛит, 2015.
• Федеральный закон от 8 января 1998 г. № 3-ФЗ «О наркотических средствах и психотропных веществах».
• Постановление Правительства РФ от 30 июня 2021 г. № 1087 «Об ограничении оборота закиси азота».