一氧化二氮（Diazo   oxide），又名一氧化二氮，一種重要的氮氧化物，俗稱“笑氣”，能讓人感到快樂，讓人發(fā)笑。其化學式為N2O，常溫下為無色氣體，有微甜氣味。

N2O是一種空氣污染物，在一定條件下可以支持燃燒。除了濕地等自然來源，還來自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)和燃料燃燒將導致臭氧層的破壞、溫室效應增加。

N2O能溶于水、乙醇、乙醚和濃硫酸可用作化學合成的催化劑；它還具有麻醉作用，因此可用于醫(yī)療領域，以減輕患者的痛苦；它還可以用于軍事工業(yè)和其他領域，如作為航天器的推進劑。但過量或長期使用N2O對人體神經(jīng)系統(tǒng)有害、血液系統(tǒng)、精神系統(tǒng)的危害會逐漸明顯，甚至引起窒息死亡。

1772年，英國化學家約瑟夫·普利斯特利（Joseph   priestley）實驗中首次發(fā)現(xiàn)了N2O；1798年，貝多通過吸入這種氣體來治療肺結(jié)核和其他肺部疾病。1799年，另一位英國化學家漢弗萊·戴維（ H.Davy）發(fā)現(xiàn)吸入 N2O 可引起快感和眩暈，故該氣體得名“ 笑氣”

1800年，漢弗萊·戴維(Humphrey   David)出版了一本關于N2O的書，書中有一段話：氧化亞氮可以用于人體手術，因為它可以消除身體疼痛”

亨利·希爾·希克曼出生于1800年，畢業(yè)于皇家醫(yī)學院，獲得碩士學位s學位當他在什羅普郡的德洛當醫(yī)生時，他看到了病人的痛苦，想減輕病人的痛苦，于是他嘗試使用CO2、在動物手術中使用N2O時，發(fā)現(xiàn)它能有效地減輕動物的痛苦。他想將這種方法應用于人體，但英國專業(yè)人士嘲笑這項工作，并譴責它是危險和無用的他把這一發(fā)現(xiàn)交給了巴黎的皇家醫(yī)學院，卻沒有得到任何回復。后來他失望地回到英國，29歲就去世了。

直到1844年，N2O才被明確而肯定地用作全身麻醉劑，N2O 成為威爾士拔牙的首選藥物。1881年，它在波蘭首次被用作分娩止痛劑；1993年研制出混合氮氣和氨氣的雙罐設備，使得N2O的使用更加方便。

N2O

N2O對人體有鎮(zhèn)痛作用、麻醉、抗焦慮等有益作用，但也會上癮，過量吸煙會導致缺氧，甚至心臟驟停等癥狀。

毒性機理

 N2O有成癮性，吸食后對人體有害。主要是因為它比氧氣更易溶于水，一旦吸入，會比氧氣更快地通過肺泡基底膜擴散，然后迅速進入血液，造成肺泡內(nèi)氧氣量的稀釋。肺泡內(nèi)氧張力的降低會導致向大腦輸送的氧氣減少健康的人可以在通風良好的空間中忍受這種類型的缺氧，但他們會患癲癇、患有心臟病或其他并發(fā)癥的人可能會癲癇發(fā)作、心律不齊甚至呼吸或心跳停止。

藥理作用

N2O的鎮(zhèn)痛機制尚不清楚一種觀點認為，N2O會增加人體內(nèi)的內(nèi)啡肽、多巴胺促進大腦和脊髓中其他阿片類物質(zhì)的釋放，阿片類物質(zhì)通過-氨基丁酸（GABA）中間神經(jīng)元等機制可以解除下行抑制通路上的緊張抑制，抑制脊髓水平傷害感受的信號處理和上傳，從而實現(xiàn)N2O的鎮(zhèn)痛作用。在N2O鎮(zhèn)痛的臨床應用中，一般溶解度為50%左右。

N2O是一種非特異性氮-甲基天門冬氨酸（NMDA）受體阻滯劑可以抑制NMDA谷氨酸受體，消除其在神經(jīng)系統(tǒng)中的興奮性，從而達到麻醉作用。并且N2O的血/氣分配系數(shù)較低（47）因此其在血液中的溶解度很低，麻醉誘導和麻醉后患者蘇醒較快。N2O也有抗焦慮作用，其機制類似于苯二氮卓類藥物。

健康危害

當人們吸入N2O時，主要是從壓縮空氣罐中直接吸入，容易導致嚴重的肺損傷，甚至死亡。在缺氧的情況下，大量或反復吸入N2O會導致嚴重缺氧和頭暈、暈厥、低血壓甚至心臟病發(fā)作，主要是由于大量或反復攝入N2O導致人體缺乏維生素B12長期大量攝入還會引起貧血和中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷，導致腦功能損害、癱瘓，甚至死亡。

長期接觸N2O會造成DNA損傷DNA損傷的程度與環(huán)境空氣中N2O的水平呈正相關，還會對生殖系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，表現(xiàn)為生育能力下降、自然流產(chǎn)和出生缺陷。另外，過量使用N2O會引起精神癥狀，常見的精神癥狀是偏執(zhí)、認知障礙、焦慮、抑郁癥等。

從2011年到2020年，全球平均N2O排放總量為17.2TgN/年，包括12.0TgN/年來自陸地、5.2TgK/年來自海洋。到2021年，全球大氣N2O濃度將達到334.5±0.1ppb，大氣中N2O溶解度增加的主要來源是自然源（海洋、森林和稀樹草原），其次是人力資源（發(fā)電廠、廢水處理廠、內(nèi)燃機與硝酸生產(chǎn)）

自然來源

N2O的天然來源主要來自土壤中的微生物分解，NO是微生物分解過程中復雜有機物硝化反硝化的結(jié)果。

形成的N2O進入大氣，會增強溫室效應；還會被微生物進一步利用，轉(zhuǎn)化為分子氮，對大氣影響小。在變化的氣候條件下，如冬季土壤融化，夏季土壤潮濕，N2O釋放最多，因為夏季干旱時，由于反硝化作用不完全，降雨幾小時到幾天后，N2O釋放可能急劇增加。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，施入土壤的氮肥被微生物硝化、反硝化作用分解產(chǎn)生N2O，土壤中N2O的排放還受土壤性質(zhì)和耕作方式的影響。

人為來源

人為來源首先包括化石燃料（如煤、石油、天然氣等）在高溫下，氮氣和氧氣反應生成N2O。此外，燃料中燃燒含氮物質(zhì)會產(chǎn)生氮氧化物，也會造成空氣污染。和各種內(nèi)燃機燃料（如汽油、柴油等）燃燒也會產(chǎn)生N2O。人為來源還包括工業(yè)生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)中N2O的主要來源是硝酸和己二酸的生產(chǎn)，廢水處理也會產(chǎn)生N2O。

生產(chǎn)制備

傳統(tǒng)的N2O制備工藝主要包括氨氧化、硝酸鹽-用濃硫酸處理尿素、NO還原法和硝酸銨熱分解法。

氨氧化法

氨氧化法是以氨為原料這種方法利用不同的溫度，遵循不同的反應路徑，生成不同氧化程度的含氮產(chǎn)物，從高到低依次為N2、N2O和NO，N2O會在更高的溫度下開始出現(xiàn)。氨氧化產(chǎn)物通過與液氨熱交換而冷卻，并分離出N2、用堿性水溶液和含高錳酸鉀的水溶液除去不凝性氣體N2ONO和氨水氮氧化物，用水洗滌產(chǎn)物吸收N2O，除去N2和O2，最后從含N2O的高壓水中釋放壓力，分離出高溶解度的N2O氣體。

2NH3   2O2→N2O 3H2O

硝酸銨熱分解法

在工業(yè)上，硝酸銨的熱分解是制備N2O的最常見和最經(jīng)典的方法之一硝酸銨一般在250℃加熱制備，硝酸銨中加入一定量的磷酸鹽，有利于在稍低的溫度下獲得純凈的N2O。在實驗室制備N2O時，由于硝酸銨在高溫下容易爆炸，所以主要通過加入硝酸銨和硝酸鈉的混合物來制備。

nh4no 3→N2O    2 H2O    36.8KJ/mol

NO還原法

工業(yè)上常采用NO還原法制備N2O反應在氣相中進行，通過控制原料氣的溶解比，NO還原反應的溫度一般控制在200 ~ 450℃。首先，氨氧化產(chǎn)生含有N2O和其他氮氧化物的氣體混合物，然后引入還原氣體以將其中的NO或NO2還原成N2O。

2NO   H2→2N2O H2O

2no     co→2n2o     CO2

硝酸鹽—用濃硫酸處理尿素

尿素主要溶解在濃硫酸中，向所得溶液中緩慢加入硝酸，保持溶液在40℃~ 100℃的反應溫度范圍內(nèi)，得到N2O等混合氣體，再用堿性溶液洗滌除去酸性雜質(zhì)，從而分離N2O。

N2O在室溫下相對穩(wěn)定N2O是一種線性分子，其中一個氧原子與一個氮原子相連，第二個氮原子與氧原子相連對于N=N和N=O，N2O的鍵長分別為1.24埃（?）和1.21埃（?）N2O分子的結(jié)構(gòu)可用A和b的共振形式來描述。N2O分子的偶極矩較低，為0.161D，主要原因是A和B共振形式中的電荷分布是相反的，其N-N鍵長為1.128比標準N=N鍵（1.24?）比N≡N鍵短很多（1.10?）長的不顯著。N-O鍵長為1.184雙鍵與標準n=O（1.21?）非常相似，因此，N2O中的N-N和N-O鍵序分別為2.73和1.61。

醫(yī)學領域

N2O有顯著的鎮(zhèn)痛作用、抗焦慮和麻醉作用，在醫(yī)學領域主要用作吸入麻醉劑。醫(yī)生經(jīng)常用氧化亞氮來解除病人的分娩痛苦、創(chuàng)傷、口腔手術等引起的疼痛。它還可以緩解疼痛，因為它可以刺激內(nèi)源性阿片類藥物的釋放，從而阻斷疼痛信號的傳遞。其次，N2O 由于其相對無害的特性，可以作為治療毒癮的藥物。

食物領域

在食品工業(yè)中，N2O可用于食品冷卻、冷凍和儲存，也用作食品防腐劑、食品添加劑、推進劑和包裝氣體。N2O作為一種食品防腐劑，可以抑制果實中乙烯的產(chǎn)生，減少一些躍變型和非躍變型果實腐爛病的發(fā)生因此，N2O可以用作水果的保鮮作用和噴施劑；作為食品推進劑，主要用于餐飲行業(yè)，比如攪拌、發(fā)泡和鮮奶油制備的推進劑。

軍工領域

N2O在一定溫度下能快速生成氮氣等氣體，可以提高燃燒效率它可以以相對較高的密度儲存，像液體一樣長期儲存在航天器上因此，它可以用作航天器的推進劑。

合成化學領域

N2O 在有機和無機合成化學中可用作氧化劑或氮原子供體。N2O是強氧化劑，但化學惰性高，限制了其化學反應活性。N2O可用于過渡金屬的催化氧化、可用作氮原子供體，合成更復雜的分子。

汽車領域

N2O可以應用于機動車，改變內(nèi)燃機的性能特征當含N2O的物質(zhì)和燃料噴入發(fā)動機時，會降低發(fā)動機空氣的溫度，增加氧含量，最重要的是增加燃料在發(fā)動機內(nèi)燃缸中的燃燒率。

物理性質(zhì)

正常情況下，N2O是一種無色氣體，有淡淡的宜人氣味和甜味，是空氣中的常量成分。液態(tài)時，需要儲存在有一定壓力的鋼瓶里，液態(tài)N2O在里面-在40℃~25℃的溫度范圍內(nèi)，比容電阻為2.5×1014~3.5×1014歐姆，也是電介質(zhì)。N2O的分子量是44.01，在0℃和0.1MPa下的分子體積為22.251。N2O是線性不對稱結(jié)構(gòu)：N≡N=O，N2O的電離勢為12.6eV，N≡N鍵的功率常數(shù)為18.2，N=O鍵的功率常數(shù)為12.

在一定壓力下，N2O可以溶解在有機溶劑中，如丙酸、乙醇等溶劑，但也溶解在一些無機鹽溶液中，如氯化物、硫化物、亞硝酸鹽溶液。

化學性質(zhì)

N2O在環(huán)境條件下是一種惰性化合物-它在50℃至50℃的溫度范圍內(nèi)是穩(wěn)定的。N2O不與水、酸和堿的溶液發(fā)生反應，但在一定壓力下可以溶于水5℃時，在水中的溶解度為1.048；20℃時，在水中的溶解度為0.629。它以相應的不穩(wěn)定亞硝酸H2N2O的形式溶于水，很容易分解為水和N2O。

2 H2 N2 o  = 2 N2 o     H2O

Nitrous oxide is not affected by potassium permanganate、Cl2O等強氧化劑在正常情況下不與O2反應，但N2O在O2中加熱超過500℃時被點燃氧化。

2n2o    3 o 2 = 4 no 2   26.6KJ/mol

N2O也能與堿和堿土金屬以及一些過渡金屬反應（Fe、Co 、Cr等）發(fā)生發(fā)應。

N2O     Fe  =  FeO     N2.6 KJ/mol

N2O與氫氣、氨氣、碳氧化物與碳氫化合物反應釋放出更多的熱量。

N2O    2 NH 3 = 4n 2  愚人節(jié) H2O   879.2KJ/mol