Oxid dusný

Oxid dusný
3D model molekuly N2O
3D schéma molekuly N2O
2D schéma molekuly N2O
Obecné
Systematický název	Oxid dusný
Triviální název	Rajský plyn, azooxid, Nitro
Anglický název	Nitrous oxide
Německý název	Distickstoffmonoxid
Sumární vzorec	N2O
Vzhled	Bezbarvý plyn
Identifikace
Registrační číslo CAS	10024-97-2
PubChem	948
ChEBI	17045
UN kód	1070 (stlačený) 2201 (kapalný)
Číslo RTECS	QX1350000
Vlastnosti
Molární hmotnost	44,013 g/mol
Teplota tání	−102,4 °C
Teplota varu	−88,48 °C
Hustota	1,225 7 g/cm3 (kapalina, tv) 1,977 8 kg/m3 (plyn, 0 °C)[1]
Dynamický viskozitní koeficient	0,013 7 cP (0 °C) 0,018 3 cP (100 °C) 0,022 5 cP (200 °C) 0,030 3 cP (400 °C)
Index lomu	nD= 1,000 5
Kritická teplota Tk	+36,43 °C
Kritický tlak pk	7 255 kPa
Kritická hustota	0,453 g/cm3
Rozpustnost ve vodě	130 ml/100 g (0 °C) 87,8 ml/100 g (10 °C) 63 ml/100 g (20 °C) 56,7 ml/100 g (25 °C)
Relativní permitivita εr	1,001 03
Van der Waalsovy konstanty stavové rovnice	a= 0,383 2 Pa m6 mol−2 b= 44,15×10−6 m3 mol−1
Ionizační energie	12,894 eV
Struktura
Krystalová struktura	krychlová
Tvar molekuly	lineární
Dipólový moment	0,166 D
Termodynamické vlastnosti
Standardní slučovací entalpie ΔHf°	82,09 kJ/mol
Entalpie tání ΔHt	148,6 J/g
Entalpie varu ΔHv	376,3 J/g
Standardní molární entropie S°	219,8 J K−1 mol−1
Standardní slučovací Gibbsova energie ΔGf°	104,1 kJ/mol
Izobarické měrné teplo cp	0,874 0 J K−1 g−1
Bezpečnost
GHS03 GHS04 [2] Nebezpečí[2]
R-věty	R8
S-věty	S9,S17,S38
NFPA 704	0 2 0 OX
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa). Některá data mohou pocházet z datové položky.

Oxid dusný, triviálním názvem rajský plyn či azoxid, v medicíně nazývaný Nitrogenium oxydulatum nebo Dinitrogenii oxidum, je za laboratorních podmínek bezbarvý, nehořlavý plyn s nevýraznou, ale příjemnou vůní a nasládlou chutí.

Oxid dusný jako třetí nejdůležitější skleníkový plyn s dlouhou životností významně přispívá ke globálnímu oteplování.^[3]

Oxid dusný se připravuje tepelným rozkladem dusičnanu amonného:

NH₄NO₃ → N₂O + 2 H₂O.

Tato reakce je silně exotermní, při lokálním přehřátí může probíhat až explozivně; to je i podstatou průmyslových trhavin na bázi dusičnanu amonného.

Mnohem bezpečnější je příprava zahříváním směsi alkalického dusičnanu (např. dusičnanu sodného) se síranem amonným

2 NaNO₃ + (NH₄)₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2 N₂O + 4 H₂O,

nebo redukcí kyseliny dusičné například chloridem cínatým za přítomnosti kyseliny solné

2 HNO₃ + 4 SnCl₂ + 8 HCl → 4 SnCl₄ + N₂O + 5 H₂O,

nebo zinkem za přítomnosti kyseliny sírové

2 HNO₃ + 4 Zn + 4 H₂SO₄ → 4 ZnSO₄ + N₂O + 5 H₂O.

Molekula oxidu dusného je lineární (grupa symetrie C_∞v). Na základě výpočtů byl určen řád vazby N–N 2,73 a N–O 1,61, což znamená, že vazba mezi dusíkovými atomy leží mezi dvojnou a trojnou vazbou, zatímco mezi kyslíkovým a dusíkovým atomem mezi jednoduchou a dvojnou vazbou. Proto strukturní vzorec N₂O musí být zobrazován dvěma krajními mezomerními stavy. Jeho elektronová struktura je velmi blízká (téměř izoelektronová) struktuře molekuly oxidu uhličitého CO₂.

Jeho reaktivita je za normální teploty nízká. Po zahřátí na 600 °C se však rozkládá na dusík a kyslík. Protože v prvním stupni tohoto rozkladu vzniká molekulární dusík a atomární kyslík

2 N₂O → 2 N₂ + 2 O → 2 N₂ + O₂,

působí za těchto vyšších teplot jako velmi silné oxidační činidlo. To vede k některým jeho aplikacím.

Působením elektrického výboje se dá směs plynného oxidu dusného s vodíkem přivést k explozivní reakci

N₂O + H₂ → N₂ + H₂O.

Vzhledem k tomu, že se při této reakci prakticky nemění objem, nemá tato exploze velkou brizanci.

Oxid dusný má jako skleníkový plyn významný potenciál globálního oteplování. V přepočtu na jednu molekulu a na období 100 let má oxid dusný 265krát větší schopnost zachycovat teplo v atmosféře než oxid uhličitý (CO₂).^[4] Vzhledem k jeho nízké koncentraci (méně než 1/1 000 koncentrace CO₂), je jeho příspěvek ke skleníkovému efektu méně než třetinový ve srovnání s oxidem uhličitým a také menší než u vodní páry a metanu.^[5] Na druhou stranu, protože přibližně 40 % oxidu dusného vstupuje do atmosféry v důsledku lidské činnosti,^[6] je kontrola oxidu dusného považována za součást úsilí o omezení emisí skleníkových plynů.^[7]

Většina oxidu dusného uvolňovaného do atmosféry v důsledku lidské činnosti pochází ze zemědělství, kdy zemědělci přidávají na pole hnojiva na bázi dusíku, a z rozkladu zvířecího hnoje. Snižování emisí může být horkým tématem v politice změny klimatu.^[8]

Oxid dusný se uvolňuje také jako vedlejší produkt spalování fosilních paliv, i když množství uvolněného oxidu dusného závisí na tom, jaké palivo bylo použito. Uvolňuje se také při výrobě kyseliny dusičné, která se používá při syntéze dusíkatých hnojiv. Při výrobě kyseliny adipové, která je prekurzorem nylonu a dalších syntetických oděvních vláken, se také uvolňuje oxid dusný.^[9]

Oxid dusný se také podílí na ztenčování ozonové vrstvy. Studie z roku 2009 naznačuje, že N₂O jsou nejvýznamnější emisí poškozující ozonovou vrstvu a očekává se, že zůstanou největší po celé 21. století. Je to způsobeno tím, že se ozonem oxiduje:

N₂O + O₃ → 2 NO₂.^[10][11]

Vdechování působí nejprve stavy veselosti (odtud název rajský plyn) nebo hysterie, při vyšších dávkách útlum až anestetický spánek. Dlouhodobé nebo intenzivní vdechování však může vést k zástavě dýchání, nebo přílišnému útlumu srdeční činnosti, případně až k zástavě srdce, v obou případech s následkem smrti.

• V medicíně se dříve používal ve směsi s kyslíkem (85 % N₂O + 15 % O₂) jako anestetikum ke krátkodobým narkózám; dnes aplikován dávkovacím zařízením (např. Entonox) zajišťujícím bezpečnost se může používat v porodnictví nebo ve stomatologii.
• Používá se jako hnací plyn v bombičkách na přípravu šlehačky (v Evropské unii pod kódem přídatné látky E 942). K tomuto je vhodný pro svoji rozpustnost v tucích, kterou ostatní zvažované hnací plyny postrádají.^[12]
• V raketových motorech, zejména hybridních, slouží jako oxidační činidlo.
• V některých případech (dragstery) se vstřikuje do spalovacích motorů pro zvýšení výkonu, protože jeho rozkladem se získá více kyslíku než ze vzduchu. Také ho z tohoto důvodu používají nelegální závodníci.
• Ze stejných důvodů se využívá v analytické chemii v metodě atomové absorpční spektrometrie (AAS) jako oxidační plyn při spalování ethynu namísto vzduchu. Je tak možno dosáhnout plamene o teplotě téměř 3000 °C a analyzovat tak prvky s velmi stabilními oxidy, např. hliník nebo titan.
• V gastronomii se nově používá k přípravě espum.^[13]

Oxid dusný pozoroval poprvé John Mayow v roce 1669 a později Joseph Priestley v roce 1772. O dvacet let později Humphry Davy stanovil jeho složení a testoval jej na sobě a přátelích. Výsledkem těchto testů bylo objevení narkotických vlastností oxidu dusného, což vedlo k jeho používání v humánní medicíně.

Při porodech byl poprvé použit jako anestetikum S. Klikovičem v roce 1880 v Petrohradu. Většího rozšíření v porodnictví doznal však až po roce 1915.

Za druhé světové války oxid dusný používala německá stíhací letadla s pístovými motory. Systém krátkodobého zvýšení výkonu motoru GM-1 měl za cíl dát pohonné jednotce větší výkon při operacích ve vyšších letových hladinách pomocí vstřikování směsi zkapalněného oxidu dusíku do kompresoru.^[14]

• VOHLÍDAL, Jiří; ŠTULÍK, Karel; JULÁK, Alois. Chemické a analytické tabulky. 1. vyd. Praha: Grada Publishing, 1999. ISBN 80-7169-855-5. 

• BLACKAH, PAUL; LOWE, Malcolm V.; FERKL, Martin. Messerschmitt Bf 109 - Všechny verze od roku 1935. [s.l.]: Grada Publishing, 2011. ISBN 978-80-247-3522-1. 

• Obrázky, zvuky či videa k tématu oxid dusný na Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo oxid dusný ve Wikislovníku
• (anglicky) Nitro Oxid System u spalovacích motorů
• (anglicky) Nitrous oxide fingered as monster ozone slayer, Science News
• (česky) Oxid dusný – Integrovaný registr znečišťování
• (německy) Messerschmitt Bf 109 – Operační manuál pro piloty a pozemní personál pro GM-1 systém v Bf 109 G