Óxido nitroso - Nitrous oxide

Formas canônicas do óxido nitroso
Modelo ball-and-stick com comprimentos de ligação
Modelo de óxido nitroso que preenche o espaço
Nomes
Nome IUPAC
Óxido nitroso
Outros nomes
Gás risonho, ar doce, protóxido de nitrogênio, óxido hiponitroso, óxido de dinitrogênio, monóxido de dinitrogênio
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
8137358
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard 100.030.017 Edite isso no Wikidata
Número E E942 (agentes de envidraçamento, ...)
2153410
KEGG
Número RTECS
UNII
Número ONU 1070 (comprimido)
2201 (líquido)
  • InChI = 1S / N2O / c1-2-3 VerificaY
    Chave: GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N VerificaY
  • InChI = 1 / N2O / c1-2-3
  • InChI = 1 / N2O / c1-2-3
    Chave: GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYAP
  • N # [N +] [O-]
  • [N -] = [N +] = O
Propriedades
N
2
O
Massa molar 44,013 g / mol
Aparência gás incolor
Densidade 1,977 g / L (gás)
Ponto de fusão −90,86 ° C (−131,55 ° F; 182,29 K)
Ponto de ebulição −88,48 ° C (−127,26 ° F; 184,67 K)
1,5 g / L (15 ° C)
Solubilidade solúvel em álcool , éter , ácido sulfúrico
log P 0,35
Pressão de vapor 5150 kPa (20 ° C)
−18,9 · 10 −6 cm 3 / mol
1,000516 (0 ° C, 101,325 kPa)
Viscosidade 14,90 μPa · s
Estrutura
linear, C ∞v
0,166 D
Termoquímica
219,96 J / (K · mol)
Entalpia
padrão de formação f H 298 )
+82,05 kJ / mol
Farmacologia
N01AX13 ( OMS )
Inalação
Farmacocinética :
0,004%
5 minutos
Respiratório
Perigos
Ficha de dados de segurança Ilo.org , ICSC 0067
Pictogramas GHS GHS04: Gás Comprimido GHS03: Oxidante GHS07: Nocivo
NFPA 704 (diamante de fogo)
2
0
0
Ponto de inflamação Não inflamável
Compostos relacionados
Óxido nítrico
Trióxido de dinitrogênio
Dióxido de nitrogênio
Tetróxido de
dinitrogênio Pentóxido de dinitrogênio
Compostos relacionados
Nitrato de amônio
azida
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referências da Infobox

O óxido nitroso , comumente conhecido como gás hilariante , nitroso ou nos , é um composto químico , um óxido de nitrogênio com a fórmula N
2
O
. À temperatura ambiente, que é um gás incolor não inflamável de gás , com um ligeiro aroma e sabor metálico. Em temperaturas elevadas, o óxido nitroso é um poderoso oxidante semelhante ao oxigênio molecular.

O óxido nitroso tem utilizações médicas significativas , especialmente em cirurgia e odontologia , por seus efeitos anestésicos e de redução da dor . Seu nome coloquial de "gás hilariante", cunhado por Humphry Davy , deve-se aos efeitos eufóricos da inalação, propriedade que o levou ao seu uso recreativo como anestésico dissociativo . Ele está na Lista de Medicamentos Essenciais da Organização Mundial da Saúde , os medicamentos mais seguros e eficazes necessários em um sistema de saúde . Também é usado como oxidante em propelentes de foguetes e em corridas de automóveis para aumentar a potência dos motores .

A concentração atmosférica do óxido nitroso atingiu 333  partes por bilhão (ppb) em 2020, aumentando a uma taxa de cerca de 1 ppb anualmente. É um importante eliminador de ozônio estratosférico , com impacto comparável ao dos CFCs . Contabilidade global de N
2
As
fontes e sumidouros ao longo da década encerrada em 2016 indicam que cerca de 40% da média de 17 TgN / ano ( Teragramas de Nitrogênio por ano) de emissões originadas da atividade humana e mostra que o crescimento das emissões veio principalmente da expansão da agricultura e das fontes da indústria nos países emergentes economias. Sendo o terceiro gás de efeito estufa de vida longa mais importante , o óxido nitroso também contribui substancialmente para o aquecimento global .

Usos

Motores de foguete

O óxido nitroso pode ser usado como oxidante em um motor de foguete . Tem vantagens sobre outros oxidantes por ser muito menos tóxico e, devido à sua estabilidade à temperatura ambiente, também é mais fácil de armazenar e relativamente seguro para transportar durante o voo. Como benefício secundário, pode ser decomposto prontamente para formar ar respirável. Sua alta densidade e baixa pressão de armazenamento (quando mantida em baixa temperatura) permitem que seja altamente competitivo com os sistemas de armazenamento de gás de alta pressão.

Em uma patente de 1914, o pioneiro dos foguetes americanos Robert Goddard sugeriu o óxido nitroso e a gasolina como possíveis propelentes para um foguete movido a combustível líquido. O óxido nitroso tem sido o oxidante de escolha em vários projetos de foguetes híbridos (usando combustível sólido com um oxidante líquido ou gasoso). A combinação de óxido nitroso com combustível de polibutadieno terminado em hidroxila tem sido usada pela SpaceShipOne e outros. Também é usado notavelmente em foguetes amadores e de alta potência com vários plásticos como combustível.

O óxido nitroso também pode ser usado em um foguete monopropelente . Na presença de um catalisador aquecido , N
2
O
se decomporá exotermicamente em nitrogênio e oxigênio, a uma temperatura de aproximadamente 1.070 ° F (577 ° C). Por causa da grande liberação de calor, a ação catalítica rapidamente se torna secundária, pois a autodecomposição térmica se torna dominante. Em um propulsor a vácuo, isso pode fornecer um impulso específico de monopropelente ( I sp ) de até 180 s. Embora visivelmente inferior ao I sp disponível nos propulsores de hidrazina (monopropelente ou bipropelente com tetróxido de dinitrogênio ), a toxicidade diminuída torna o óxido nitroso uma opção que vale a pena investigar.

Diz-se que o óxido nitroso deflagra a aproximadamente 600 ° C (1.112 ° F) a uma pressão de 309 psi (21 atmosferas). A 600  psi , por exemplo, a energia de ignição necessária é de apenas 6 joules, enquanto N
2
O
a 130 psi, uma entrada de energia de ignição de 2.500 joules é insuficiente.

Motor de combustão interna

Em corridas de veículos , o óxido nitroso (frequentemente referido apenas como " nitroso ") permite que o motor queime mais combustível, fornecendo mais oxigênio durante a combustão. O aumento do oxigênio permite um aumento na injeção de combustível, permitindo que o motor produza mais potência do motor . O gás não é inflamável a baixa pressão / temperatura, mas fornece mais oxigênio do que o ar atmosférico ao se decompor em temperaturas elevadas, cerca de 570 graus F (~ 300C). Portanto, muitas vezes é misturado com outro combustível que é mais fácil de deflagrar. O óxido nitroso é um forte agente oxidante, aproximadamente equivalente ao peróxido de hidrogênio e muito mais forte do que o gás oxigênio.

O óxido nitroso é armazenado como um líquido comprimido; a evaporação e expansão do óxido nitroso líquido no coletor de admissão causa uma grande queda na temperatura de carga de admissão, resultando em uma carga mais densa, permitindo que mais mistura ar / combustível entre no cilindro. Às vezes, o óxido nitroso é injetado no (ou antes) do coletor de admissão, enquanto outros sistemas injetam diretamente, logo antes do cilindro (injeção de porta direta) para aumentar a potência.

A técnica foi usada durante a Segunda Guerra Mundial por aeronaves da Luftwaffe com o sistema GM-1 para aumentar a potência dos motores das aeronaves . Originalmente planejado para fornecer às aeronaves padrão da Luftwaffe desempenho superior em altas altitudes, as considerações tecnológicas limitaram seu uso a altitudes extremamente altas. Conseqüentemente, ele foi usado apenas por aviões especializados, como aeronaves de reconhecimento de alta altitude , bombardeiros de alta velocidade e aeronaves interceptadoras de alta altitude . Às vezes, ele podia ser encontrado em aeronaves da Luftwaffe também equipadas com outro sistema de propulsão do motor, MW 50 , uma forma de injeção de água para motores de aviação que usava metanol para sua capacidade de propulsão.

Um dos maiores problemas do uso de óxido nitroso em um motor alternativo é que ele pode produzir potência suficiente para danificar ou destruir o motor. São possíveis aumentos de potência muito grandes e, se a estrutura mecânica do motor não for devidamente reforçada, o motor pode ser seriamente danificado ou destruído durante este tipo de operação. É muito importante com o aumento de óxido nitroso dos motores a gasolina manter as temperaturas de operação e os níveis de combustível adequados para evitar a "pré-ignição" ou "detonação" (às vezes chamada de "detonação"). A maioria dos problemas associados ao óxido nitroso não provém de falha mecânica devido ao aumento de potência. Como o óxido nitroso permite uma carga muito mais densa no cilindro, ele aumenta drasticamente as pressões do cilindro. O aumento da pressão e da temperatura pode causar problemas como o derretimento do pistão ou das válvulas. Também pode rachar ou deformar o pistão ou a cabeça e causar pré-ignição devido ao aquecimento desigual.

O óxido nitroso líquido de grau automotivo difere ligeiramente do óxido nitroso de grau médico. Uma pequena quantidade de dióxido de enxofre ( SO
2
) é adicionado para prevenir o abuso de substâncias. Múltiplas lavagens através de uma base (como hidróxido de sódio ) podem remover isso, diminuindo as propriedades corrosivas observadas quando SO
2
é posteriormente oxidado durante a combustão em ácido sulfúrico , tornando as emissões mais limpas.

Propelente de aerossol

N de grau alimentício
2
O
carregadores de chantilly

O gás é aprovado para uso como aditivo alimentar ( número E : E942), especificamente como propelente em aerossol . Seus usos mais comuns neste contexto são em latas de creme chantilly em aerossol e sprays para cozinhar .

O gás é extremamente solúvel em compostos graxos. No creme chantilly em aerossol, é dissolvido no creme gorduroso até sair da lata, quando se torna gasoso, formando espuma. Usado dessa forma, ele produz chantilly que é quatro vezes o volume do líquido, ao passo que bater o ar na nata produz apenas o dobro do volume. Se o ar fosse usado como propelente, o oxigênio aceleraria a rancidificação da gordura da manteiga, mas o óxido nitroso inibe essa degradação. O dióxido de carbono não pode ser usado para chantilly porque é ácido na água, o que coalharia o creme e daria a ele uma sensação de "espumante" semelhante a soda cáustica.

O chantilly produzido com óxido nitroso é instável, porém, retornará ao estado mais líquido em meia hora a uma hora. Assim, o método não é adequado para decorar alimentos que não serão servidos imediatamente.

Durante dezembro de 2016, alguns fabricantes relataram uma escassez de natas batidas em aerossol nos Estados Unidos devido a uma explosão na instalação de óxido nitroso da Air Liquide na Flórida no final de agosto. Com uma grande instalação desligada, a interrupção causou uma escassez, resultando no desvio do fornecimento de óxido nitroso para clientes médicos em vez de para a fabricação de alimentos. A escassez veio durante o Natal e as festas de fim de ano, quando o uso de chantilly em lata é normalmente mais alto.

Da mesma forma, o spray de cozinha, que é feito de vários tipos de óleos combinados com lecitina (um emulsificante ), pode usar óxido nitroso como propelente . Outros propelentes usados ​​em spray de cozinha incluem álcool de grau alimentício e propano .

Medicina

Nível médico N
2
O
tanques usados ​​em odontologia

O óxido nitroso é usado em odontologia e cirurgia, como anestésico e analgésico, desde 1844. Nos primeiros dias, o gás era administrado por meio de inaladores simples constituídos por uma bolsa respiratória feita de tecido de borracha. Hoje, o gás é administrado em hospitais por meio de uma máquina automatizada de analgesia relativa , com um vaporizador de anestésico e um ventilador médico , que fornece um fluxo precisamente dosado e acionado pela respiração de óxido nitroso misturado com oxigênio na proporção de 2: 1.

O óxido nitroso é um anestésico geral fraco e, portanto, geralmente não é usado sozinho em anestesia geral, mas usado como um gás transportador (misturado com oxigênio) para drogas anestésicas gerais mais potentes, como sevoflurano ou desflurano . Possui concentração alveolar mínima de 105% e coeficiente de partição sangue / gás de 0,46. O uso de óxido nitroso em anestesia, entretanto, pode aumentar o risco de náuseas e vômitos pós-operatórios.

Os dentistas usam uma máquina mais simples, que fornece apenas um N
2
O
/ O
2
mistura para o paciente inalar enquanto está consciente. O paciente é mantido consciente durante todo o procedimento e retém as faculdades mentais adequadas para responder às perguntas e instruções do dentista.

A inalação de óxido nitroso é freqüentemente usada para aliviar a dor associada ao parto , trauma , cirurgia oral e síndrome coronariana aguda (inclui ataques cardíacos). Seu uso durante o trabalho de parto demonstrou ser uma ajuda segura e eficaz para as parturientes. Seu uso para síndrome coronariana aguda é de benefício desconhecido.

Na Grã-Bretanha e no Canadá , o Entonox e o Nitronox são comumente usados ​​por equipes de ambulâncias (incluindo médicos não registrados) como gás analgésico rápido e altamente eficaz.

O óxido nitroso a cinquenta por cento pode ser considerado para uso por socorristas não profissionais treinados em primeiros socorros em ambientes pré-hospitalares, dada a relativa facilidade e segurança de administrar óxido nitroso 50% como analgésico. A rápida reversibilidade de seu efeito também o impediria de impedir o diagnóstico.

Uso recreativo

Representação da Aquatint de uma festa de gás hilariante no século XIX, por Thomas Rowlandson
Restos de Whippit (as pequenas latas de aço) do uso de drogas recreativas, Holanda, 2017

A inalação recreativa de óxido nitroso , com o objetivo de causar euforia e / ou leves alucinações , começou como um fenômeno para a classe alta britânica em 1799, conhecida como "festa do gás hilariante".

A partir do século XIX, a ampla disponibilidade do gás para fins médicos e culinários permitiu que o uso recreativo se expandisse enormemente em todo o mundo. No Reino Unido, em 2014, estimava-se que o óxido nitroso fosse usado por quase meio milhão de jovens em boates, festivais e festas. A legalidade desse uso varia muito de país para país e até mesmo de cidade para cidade em alguns países.

O uso recreativo generalizado da droga em todo o Reino Unido foi apresentado no documentário 2017 Vice Inside The Laughing Gas Black Market , no qual o jornalista Matt Shea se reuniu com traficantes da droga que a roubaram de hospitais, embora com latas de óxido nitroso prontamente disponíveis online, espera-se que os incidentes de roubo em hospitais sejam extremamente raros.

Uma questão significativa citada na imprensa de Londres é o efeito da sujeira do cilindro de óxido nitroso, que é altamente visível e causa reclamações significativas das comunidades.

Segurança

Os principais riscos de segurança do óxido nitroso vêm do fato de ser um gás liquefeito comprimido, um risco de asfixia e um anestésico dissociativo .

Embora seja relativamente não tóxico, o óxido nitroso tem uma série de efeitos nocivos reconhecidos na saúde humana, seja pela inalação ou pelo contato do líquido com a pele ou os olhos.

O óxido nitroso é um risco ocupacional significativo para cirurgiões, dentistas e enfermeiras. Como o óxido nitroso é minimamente metabolizado em humanos (com uma taxa de 0,004%), ele retém sua potência quando exalado na sala pelo paciente e pode representar um risco de exposição prolongada e intoxicante para a equipe clínica se a sala for mal ventilada. Onde o óxido nitroso é administrado, um sistema de ventilação de ar fresco de fluxo contínuo ou N
2
O
sistema de limpeza é usado para evitar o acúmulo de gases residuais.

O Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional recomenda que a exposição dos trabalhadores ao óxido nitroso seja controlada durante a administração de gás anestésico em operadores médicos, odontológicos e veterinários. Ele definiu um limite de exposição recomendado (REL) de 25 ppm (46 mg / m 3 ) para o anestésico de escape.

Deficiência mental e manual

A exposição ao óxido nitroso causa diminuições de curto prazo no desempenho mental, capacidade audiovisual e destreza manual. Esses efeitos, juntamente com a desorientação espacial e temporal induzida, podem resultar em danos físicos ao usuário causados ​​por riscos ambientais.

Neurotoxicidade e neuroproteção

Como outros antagonistas do receptor NMDA , foi sugerido que o N
2
O
produz neurotoxicidade na forma de lesões de Olney em roedores após exposição prolongada (várias horas). Uma nova pesquisa surgiu sugerindo que as lesões de Olney não ocorrem em humanos, no entanto, e drogas semelhantes, como a cetamina, não são consideradas agudamente neurotóxicas. Tem-se argumentado que, porque N
2
O
é expelido rapidamente do corpo em circunstâncias normais, é menos provável de ser neurotóxico do que outros antagonistas NMDAR. De fato, em roedores, a exposição de curto prazo resulta em apenas lesões leves que são rapidamente reversíveis, e a morte neuronal ocorre apenas após exposição constante e sustentada. O óxido nitroso também pode causar neurotoxicidade após exposição prolongada devido à hipóxia . Isso é especialmente verdadeiro para formulações não médicas, como carregadores de chantilly (também conhecidos como "whippets" ou "nangs"), que nunca contêm oxigênio, pois o oxigênio torna o creme rançoso.

Além disso, o óxido nitroso esgota os níveis de vitamina B 12 . Isso pode causar neurotoxicidade grave se o usuário tiver deficiência preexistente de vitamina B 12 .

O óxido nitroso a 75% por volume reduz a morte neuronal induzida por isquemia induzida pela oclusão da artéria cerebral média em roedores e diminui o influxo de Ca 2+ induzido por NMDA em culturas de células neuronais, um evento crítico envolvido na excitotoxicidade .

Dano de DNA

A exposição ocupacional ao óxido nitroso ambiente tem sido associada a danos ao DNA, devido a interrupções na síntese de DNA. Essa correlação é dose-dependente e não parece se estender ao uso recreativo casual; no entanto, pesquisas adicionais são necessárias para confirmar a duração e a quantidade de exposição necessária para causar o dano.

Privação de oxigênio

Se o óxido nitroso puro for inalado sem oxigênio misturado, isso pode levar à privação de oxigênio, resultando em perda de pressão arterial, desmaios e até ataques cardíacos. Isso pode ocorrer se o usuário inalar grandes quantidades continuamente, como com uma máscara de cinto conectada a um cilindro de gás. Também pode acontecer se o usuário prender a respiração excessivamente ou usar qualquer outro sistema de inalação que interrompa o fornecimento de ar fresco. Um outro risco é que os sintomas de ulceração podem ocorrer nos lábios, laringe e brônquios se o gás for inalado diretamente do recipiente de gás. Portanto, o óxido nitroso é frequentemente inalado de preservativos ou balões.

Deficiência de vitamina B 12

A exposição a longo prazo para o óxido nitroso pode causar vitamina B 12 deficiência . Ele inativa a forma cobalamina da vitamina B 12 por oxidação. Os sintomas de deficiência de vitamina B 12 , incluindo neuropatia sensorial , mielopatia e encefalopatia , podem ocorrer dias ou semanas após a exposição à anestesia com óxido nitroso em pessoas com deficiência subclínica de vitamina B 12 .

Os sintomas são tratados com altas doses de vitamina B 12 , mas a recuperação pode ser lenta e incompleta.

Pessoas com níveis normais de vitamina B 12 têm reservas para tornar os efeitos do óxido nitroso insignificantes, a menos que a exposição seja repetida e prolongada (abuso de óxido nitroso). Os níveis de vitamina B 12 devem ser verificados em pessoas com fatores de risco para deficiência de vitamina B 12 antes de usar anestesia com óxido nitroso.

Desenvolvimento pré-natal

Vários estudos experimentais em ratos indicam que a exposição crônica de mulheres grávidas ao óxido nitroso pode ter efeitos adversos no desenvolvimento do feto.

Riscos químicos / físicos

À temperatura ambiente (20 ° C [68 ° F]), a pressão de vapor saturado é de 50,525 bar, aumentando para 72,45 bar a 36,4 ° C (97,5 ° F) - a temperatura crítica . A curva de pressão é, portanto, excepcionalmente sensível à temperatura.

Tal como acontece com muitos oxidantes fortes, a contaminação de peças com combustíveis tem sido implicada em acidentes com foguetes, onde pequenas quantidades de misturas nitroso / combustível explodem devido a efeitos semelhantes a " martelo de água " (às vezes chamado de "desintegração" - aquecimento devido à compressão adiabática de gases podem atingir temperaturas de decomposição). Alguns materiais de construção comuns, como aço inoxidável e alumínio, podem atuar como combustíveis com oxidantes fortes, como óxido nitroso, assim como contaminantes que podem inflamar devido à compressão adiabática.

Também houve incidentes em que a decomposição do óxido nitroso no encanamento levou à explosão de grandes tanques.

Mecanismo de ação

O mecanismo farmacológico de ação do N
2
O
na medicina não é totalmente conhecido. No entanto, foi demonstrado que ele modula diretamente uma ampla gama de canais iônicos controlados por ligante , e isso provavelmente desempenha um papel importante em muitos de seus efeitos. Moderadamente blocos NMDAR e β 2 da subunidade contendo canais nach , fracamente inibe AMPA , cainato , GABA C e 5-HT 3 receptores , e potencia ligeiramente GABA A e receptores de glicina . Também foi demonstrado que ativa o domínio
K de dois poros+
canais . Enquanto N
2
O
afeta alguns canais iônicos, seus efeitos anestésicos, alucinógenos e euforizantes são provavelmente causados ​​predominantemente, ou totalmente, por meio da inibição das correntes mediadas pelo receptor NMDA. Além de seus efeitos nos canais iônicos, N
2
O O
pode atuar imitando o óxido nítrico (NO) no sistema nervoso central, e isso pode estar relacionado às suas propriedades analgésicas e ansiolíticas . O óxido nitroso é 30 a 40 vezes mais solúvel do que o nitrogênio.

Sabe-se que os efeitos da inalação de doses subanestésicas de óxido nitroso variam, com base em vários fatores, incluindo configurações e diferenças individuais; no entanto, a partir de sua discussão, Jay (2008) sugere que é conhecido por induzir os seguintes estados e sensações:

  • Intoxicação
  • Euforia / disforia
  • Desorientação espacial
  • Desorientação temporal
  • Sensibilidade à dor reduzida

Uma minoria de usuários também apresentará vocalizações descontroladas e espasmos musculares. Esses efeitos geralmente desaparecem minutos após a remoção da fonte de óxido nitroso.

Efeito eufórico

Em ratos, N
2
O
estimula a via de recompensa mesolímbica induzindo a liberação de dopamina e ativando neurônios dopaminérgicos na área tegmental ventral e no núcleo accumbens , presumivelmente por meio da antagonização dos receptores NMDA localizados no sistema. Essa ação tem sido implicada em seus efeitos eufóricos e, notavelmente, parece aumentar também suas propriedades analgésicas.

É notável, no entanto, que em camundongos, N
2
O
bloqueia a liberação de dopamina induzida por carreador induzida por anfetamina no nucleus accumbens e a sensibilização comportamental , abole a preferência de lugar condicionada (CPP) da cocaína e da morfina e não produz efeitos de reforço (ou aversivos) próprios. Efeitos do CPP de N
2
O
em ratos são mistos, consistindo em reforço, aversão e nenhuma mudança. Em contraste, é um reforçador positivo em macacos-esquilo e é bem conhecido como uma droga de abuso em humanos. Essas discrepâncias em resposta a N
2
O
pode refletir variação de espécies ou diferenças metodológicas. Em estudos clínicos humanos, N
2
O
foi encontrado para produzir respostas mistas, semelhante a ratos, refletindo alta variabilidade individual subjetiva.

Efeito ansiolítico

Em testes comportamentais de ansiedade , uma dose baixa de N
2
O
é um ansiolítico eficaz, e esse efeito ansiolítico está associado ao aumento da atividade dos receptores GABA A , visto que é parcialmente revertido pelos antagonistas dos receptores benzodiazepínicos . Espelhando isso, os animais que desenvolveram tolerância aos efeitos ansiolíticos dos benzodiazepínicos são parcialmente tolerantes ao N
2
O
. De fato, em humanos que receberam 30% de N
2
O
, os antagonistas do receptor de benzodiazepina reduziram os relatos subjetivos de se sentir "alto", mas não alteraram o desempenho psicomotor , em estudos clínicos em humanos.

Efeito analgésico

Os efeitos analgésicos do N
2
O
estão ligados à interação entre o sistema opioide endógeno e o sistema noradrenérgico descendente . Quando os animais recebem morfina cronicamente, eles desenvolvem tolerância aos seus efeitos analgésicos, e isso também torna os animais tolerantes aos efeitos analgésicos do N
2
O
. A administração de anticorpos que se ligam e bloqueiam a atividade de alguns opioides endógenos (não β-endorfina ) também bloqueiam os efeitos antinociceptivos do N
2
O
. Os medicamentos que inibem a degradação dos opióides endógenos também potencializam os efeitos antinociceptivos do N
2
O
. Vários experimentos mostraram que os antagonistas dos receptores opióides aplicados diretamente no cérebro bloqueiam os efeitos antinociceptivos do N
2
O
, mas essas drogas não têm efeito quando injetadas na medula espinhal .

Além de uma ação indireta, o óxido nitroso, como a morfina, também interage diretamente com o sistema opioide endógeno ligando-se aos locais de ligação do receptor opioide.


Por outro lado, os antagonistas do receptor adrenérgico α 2 bloqueiam os efeitos de redução da dor do N
2
O
quando administrado diretamente na medula espinhal, mas não quando aplicado diretamente no cérebro. De fato, camundongos nocaute do receptor adrenérgico α 2B ou animais depletados em norepinefrina são quase completamente resistentes aos efeitos antinociceptivos do N
2
O
. Aparentemente N
2
A
liberação induzida por O de opioides endógenos causa desinibição dos neurônios noradrenérgicos do tronco cerebral , que liberam norepinefrina na medula espinhal e inibem a sinalização da dor. Exatamente como N
2
O
causa a liberação de peptídeos opioides endógenos permanece incerto.

Propriedades e reações

O óxido nitroso é um gás incolor e não tóxico com um odor suave e doce.

O óxido nitroso apóia a combustão ao liberar o radical de oxigênio dipolar ligado e pode, assim, reacender uma tala brilhante .

N
2
O
é inerte à temperatura ambiente e tem poucas reações. Em temperaturas elevadas, sua reatividade aumenta. Por exemplo, o óxido nitroso reage com NaNH
2
a 460 K (187 ° C) para dar NaN
3
:

2 NaNH
2
+ N
2
O
NaN
3
+ NaOH + NH
3

A reação acima é a rota adotada pela indústria química comercial para produzir sais de azida , que são usados ​​como detonadores.

História

O gás foi sintetizado pela primeira vez em 1772 pelo filósofo natural e químico inglês Joseph Priestley, que o chamou de ar nitroso flogístico (veja a teoria do flogisto ) ou ar nitroso inflamável . Priestley publicou sua descoberta no livro Experimentos e Observações sobre Diferentes Tipos de Ar (1775) , onde descreveu como produzir a preparação de "ar nitroso diminuído", por aquecimento de limalha de ferro umedecida com ácido nítrico .

Uso precoce

"LIVING MADE EASY"
Uma impressão satírica de 1830 retratando Humphry Davy administrando uma dose de gás hilariante a uma mulher

O primeiro uso importante do óxido nitroso foi possibilitado por Thomas Beddoes e James Watt , que trabalharam juntos para publicar o livro Considerações sobre o uso médico e sobre a produção de ar factício (1794) . Este livro foi importante por dois motivos. Primeiro, James Watt inventou uma nova máquina para produzir " ar artificial " (incluindo óxido nitroso) e um novo "aparelho respiratório" para inalar o gás. Em segundo lugar, o livro também apresentava as novas teorias médicas de Thomas Beddoes, de que a tuberculose e outras doenças pulmonares poderiam ser tratadas pela inalação de "ar factício".

Sir Humphry Davy 's pesquisas químicas e filosófica: sobre óxido nitroso principalmente (1800), páginas 556 e 557 (direita), delineando potenciais propriedades anestésicas do óxido nitroso no alívio da dor durante a cirurgia

A máquina para produzir "Ar Fictício" tinha três partes: um forno para queimar o material necessário, um recipiente com água por onde o gás produzido passava em um tubo em espiral (para que as impurezas fossem "lavadas") e, finalmente, o cilindro de gás com um gasômetro onde o gás produzido, "ar", pode ser canalizado para airbags portáteis (feitos de seda oleosa hermética). O aparelho respiratório consistia em um dos airbags portáteis conectado por um tubo a um bocal. Com este novo equipamento sendo projetado e produzido em 1794, o caminho foi pavimentado para os testes clínicos , que começaram em 1798 quando Thomas Beddoes estabeleceu a " Instituição Pneumática para o Alívio de Doenças por Airs Médicos" em Hotwells ( Bristol ). No porão do prédio, uma máquina em grande escala estava produzindo os gases sob a supervisão de um jovem Humphry Davy, que foi incentivado a experimentar novos gases para os pacientes inalarem. O primeiro trabalho importante de Davy foi o exame do óxido nitroso e a publicação de seus resultados no livro: Researches, Chemical and Philosophical (1800) . Nessa publicação, Davy observa o efeito analgésico do óxido nitroso na página 465 e seu potencial para ser usado em operações cirúrgicas na página 556. Davy cunhou o nome de "gás hilariante" para o óxido nitroso.

Apesar da descoberta de Davy de que a inalação de óxido nitroso pode aliviar a dor de uma pessoa consciente, outros 44 anos se passaram antes que os médicos tentassem usá-lo para anestesia . O uso de óxido nitroso como droga recreativa em "festas de gás hilariante", organizadas principalmente para a classe alta britânica , tornou-se um sucesso imediato a partir de 1799. Embora os efeitos do gás geralmente façam o usuário parecer entorpecido, sonhador e sedado, alguns as pessoas também "dão risadinhas" em um estado de euforia e freqüentemente explodem em gargalhadas.

Um dos primeiros produtores comerciais nos Estados Unidos foi George Poe , primo do poeta Edgar Allan Poe , que também foi o primeiro a liquefazer o gás.

Uso de anestésico

A primeira vez que o óxido nitroso foi usado como anestésico no tratamento de um paciente foi quando o dentista Horace Wells , com a assistência de Gardner Quincy Colton e John Mankey Riggs , demonstrou insensibilidade à dor de uma extração dentária em 11 de dezembro de 1844. No seguinte semanas, Wells tratou os primeiros 12 a 15 pacientes com óxido nitroso em Hartford, Connecticut , e, de acordo com seu próprio registro, falhou apenas em dois casos. Apesar desses resultados convincentes terem sido relatados por Wells à sociedade médica em Boston em dezembro de 1844, esse novo método não foi imediatamente adotado por outros dentistas. A razão para isso era mais provável que Wells, em janeiro de 1845 em sua primeira demonstração pública para a faculdade de medicina em Boston, tivesse sido parcialmente malsucedido, deixando seus colegas em dúvida quanto à eficácia e segurança. O método não entrou em uso geral até 1863, quando Gardner Quincy Colton começou a usá-lo com sucesso em todas as suas clínicas da "Colton Dental Association", que ele acabara de estabelecer em New Haven e na cidade de Nova York . Nos três anos seguintes, Colton e seus associados administraram com sucesso óxido nitroso a mais de 25.000 pacientes. Hoje, o óxido nitroso é usado na odontologia como um ansiolítico, como adjuvante do anestésico local .

O óxido nitroso não foi considerado um anestésico forte o suficiente para uso em cirurgias de grande porte em ambientes hospitalares. Em vez disso, o éter dietílico , sendo um anestésico mais forte e potente, foi demonstrado e aceito para uso em outubro de 1846, junto com o clorofórmio em 1847. Quando Joseph Thomas Clover inventou o "inalador de gás-éter" em 1876, no entanto, ele se tornou comum Pratique em hospitais para iniciar todos os tratamentos anestésicos com um fluxo moderado de óxido nitroso e, em seguida, aumentar gradualmente a anestesia com o éter ou clorofórmio mais forte. O inalador de gás-éter da Clover foi projetado para fornecer óxido nitroso e éter ao paciente ao mesmo tempo, com a mistura exata sendo controlada pelo operador do dispositivo. Permaneceu em uso por muitos hospitais até a década de 1930. Embora os hospitais hoje usem uma máquina de anestesia mais avançada , essas máquinas ainda usam o mesmo princípio lançado com o inalador de gás-éter Clover, para iniciar a anestesia com óxido nitroso, antes da administração de um anestésico mais potente.

Como um medicamento patenteado

A popularização do óxido nitroso por Colton levou à sua adoção por um número de charlatães menos que respeitáveis , que o apregoaram como uma cura para o consumo , escrófula , catarro e outras doenças do sangue, garganta e pulmões. O tratamento com óxido nitroso foi administrado e licenciado como um medicamento patenteado por empresas como CL Blood e Jerome Harris em Boston e Charles E. Barney de Chicago.

Produção

Uma revisão de vários métodos de produção de óxido nitroso é publicada.

Métodos industriais

Produção de óxido nitroso

O óxido nitroso é preparado em escala industrial por aquecimento cuidadoso do nitrato de amônio a cerca de 250 C, que se decompõe em óxido nitroso e vapor de água.

NH
4
NÃO
3
→ 2 H
2
O
+ N
2
O

A adição de vários sais de fosfato favorece a formação de um gás mais puro a temperaturas ligeiramente mais baixas. Esta reação pode ser difícil de controlar, resultando em detonação .

Métodos de laboratório

A decomposição do nitrato de amônio também é um método laboratorial comum para preparar o gás. Equivalentemente, pode ser obtido aquecendo uma mistura de nitrato de sódio e sulfato de amônio :

2 NaNO
3
+ ( NH
4
) 2 SO
4
Na
2
TÃO
4
+ 2 N
2
O
+ 4 H
2
O

Outro método envolve a reação de ureia, ácido nítrico e ácido sulfúrico:

2 (NH 2 ) 2 CO + 2 HNO
3
+ H
2
TÃO
4
→ 2 N
2
O
+ 2 CO
2
+ (NH 4 ) 2 SO 4 + 2 H
2
O

A oxidação direta da amônia com um catalisador de dióxido de manganês - óxido de bismuto foi relatada: cf. Processo de Ostwald .

2 NH
3
+ 2 O
2
N
2
O
+ 3 H
2
O

O cloreto de hidroxilamônio reage com o nitrito de sódio para dar óxido nitroso. Se o nitrito for adicionado à solução de hidroxilamina, o único subproduto remanescente é a água salgada. Se a solução de hidroxilamina for adicionada à solução de nitrito (nitrito está em excesso), no entanto, óxidos de nitrogênio tóxicos também são formados:

NH
3
OH
Cl + NaNO
2
N
2
O
+ NaCl + 2 H
2
O

Tratamento de HNO
3
com SnCl
2
e HCl também foi demonstrado:

2 HNO
3
+ 8 HCl + 4 SnCl
2
→ 5 H
2
O
+ 4 SnCl
4
+ N
2
O

O ácido hiponítrico se decompõe em N 2 O e água com meia-vida de 16 dias a 25 ° C em pH 1-3.

H 2 N 2 O 2 → H 2 O + N 2 O

Ocorrência atmosférica

Óxido nitroso (N 2 O) medido pelo Advanced Global Atmospheric Gases Experiment ( AGAGE ) na baixa atmosfera ( troposfera ) em estações ao redor do mundo. Abundâncias são dadas como frações molares médias mensais livres de poluição em partes por bilhão .
Concentração atmosférica de óxido nitroso desde 1978.
Taxa de crescimento anual do óxido nitroso atmosférico desde 2000.

O óxido nitroso é um componente secundário da atmosfera da Terra e é uma parte ativa do ciclo do nitrogênio planetário . Com base na análise de amostras de ar coletadas em locais ao redor do mundo, sua concentração ultrapassou 330  ppb em 2017. A taxa de crescimento de cerca de 1 ppb por ano também acelerou nas últimas décadas. A abundância atmosférica do óxido nitroso cresceu mais de 20% de um nível básico de cerca de 270 ppb no ano de 1750.


Propriedades atmosféricas importantes de N
2
O
estão resumidos na seguinte tabela:

Propriedade Valor
Potencial de destruição do ozônio (ODP) 0,17 ( CCl 3 F = 1)
Potencial de aquecimento global (GWP: 100 anos) 265 ( CO 2 = 1)
Tempo de vida atmosférico 121 anos


Em outubro de 2020, os cientistas publicaram uma quantificação abrangente de N global
2
O
fontes e sumidouros. Eles relatam que as emissões induzidas pelo homem aumentaram 30% nas últimas quatro décadas e são a principal causa do aumento da concentração atmosférica. O crescimento recente excedeu alguns dos cenários de emissões projetados mais elevados.

Orçamento de óxido nitroso da Terra do Projeto Global de Carbono (2020).

Emissões por fonte

Em 2010, estimou-se que cerca de 29,5 milhões de toneladas de N
2
O
(contendo 18,8 milhões de toneladas de nitrogênio) estavam entrando na atmosfera a cada ano; dos quais 64% eram naturais e 36% devidos à atividade humana.

A maior parte do N
2
O
emitido na atmosfera, a partir de fontes naturais e antropogênicas, é produzido por microrganismos como bactérias desnitrificantes e fungos em solos e oceanos. Os solos sob vegetação natural são uma importante fonte de óxido nitroso, respondendo por 60% de todas as emissões produzidas naturalmente. Outras fontes naturais incluem os oceanos (35%) e as reações químicas atmosféricas (5%).

Um estudo de 2019 mostrou que as emissões do degelo do permafrost são 12 vezes mais altas do que o assumido anteriormente.

Os principais componentes das emissões antropogênicas são solos agrícolas fertilizados e esterco de gado (42%), escoamento e lixiviação de fertilizantes (25%), queima de biomassa (10%), combustão de combustível fóssil e processos industriais (10%), degradação biológica de outros emissões atmosféricas contendo nitrogênio (9%) e esgoto humano (5%). A agricultura aumenta a produção de óxido nitroso por meio do cultivo do solo, do uso de fertilizantes de nitrogênio e do manuseio de dejetos animais. Essas atividades estimulam as bactérias de ocorrência natural a produzirem mais óxido nitroso. As emissões de óxido nitroso do solo podem ser desafiadoras para medir, pois variam acentuadamente ao longo do tempo e do espaço, e a maioria das emissões de um ano pode ocorrer quando as condições são favoráveis ​​durante "momentos quentes" e / ou em locais favoráveis ​​conhecidos como "pontos quentes".

Entre as emissões industriais, a produção de ácido nítrico e ácido adípico são as maiores fontes de emissões de óxido nitroso. As emissões de ácido adípico surgem especificamente da degradação do intermediário de ácido nitrólico derivado da nitração da ciclohexanona.

Processos biológicos

Os processos naturais que geram óxido nitroso podem ser classificados como nitrificação e desnitrificação . Especificamente, eles incluem:

  • nitrificação autotrófica aeróbia, a oxidação gradual da amônia ( NH
    3
    ) para nitrito ( NO-
    2
    ) e para nitrato ( NO-
    3
    )
  • desnitrificação heterotrófica anaeróbia, a redução gradual de NO-
    3
    para NÃO-
    2
    , óxido nítrico (NO), N
    2
    O
    e finalmente N
    2
    , onde bactérias anaeróbias facultativas usam NO-
    3
    como um aceitador de elétrons na respiração de material orgânico na condição de oxigênio insuficiente ( O
    2
    )
  • nitrificação desnitrificação, que é realizada por NH autotrófico
    3
    - bactérias oxidantes e a via pela qual a amônia ( NH
    3
    ) é oxidado em nitrito ( NO-
    2
    ), seguido pela redução de NO-
    2
    a óxido nítrico (NO), N
    2
    O
    e nitrogênio molecular ( N
    2
    )
  • nitrificação heterotrófica
  • desnitrificação aeróbia pelos mesmos nitrificadores heterotróficos
  • desnitrificação fúngica
  • quimiodenitrificação não biológica

Esses processos são afetados pelas propriedades químicas e físicas do solo, como disponibilidade de nitrogênio mineral e matéria orgânica , acidez e tipo de solo, além de fatores relacionados ao clima, como temperatura do solo e teor de água.

A emissão do gás para a atmosfera é muito limitada pelo seu consumo no interior das células, por um processo catalisado pela enzima óxido nitroso redutase .

Impacto ambiental

Efeito estufa

Tendências na abundância atmosférica de gases de efeito estufa de longa duração

O óxido nitroso tem potencial de aquecimento global significativo como gás de efeito estufa . Em uma base por molécula, considerada ao longo de um período de 100 anos, o óxido nitroso tem 265 vezes a capacidade atmosférica de captura de calor do dióxido de carbono ( CO
2
) No entanto, devido à sua baixa concentração (menos de 1 / 1.000 do CO
2
), sua contribuição para o efeito estufa é menos de um terço da do dióxido de carbono e também menos do que vapor de água e metano . Por outro lado, uma vez que 38% ou mais do N
2
Se
entrar na atmosfera é resultado da atividade humana, o controle do óxido nitroso é considerado parte dos esforços para conter as emissões de gases de efeito estufa.

Um estudo de 2008 do ganhador do Prêmio Nobel Paul Crutzen sugere que a quantidade de liberação de óxido nitroso atribuível aos fertilizantes de nitrato agrícola foi seriamente subestimada, a maioria dos quais presumivelmente viria sob a liberação do solo e oceânica nos dados da Agência de Proteção Ambiental .

O óxido nitroso é liberado na atmosfera por meio da agricultura, quando os agricultores adicionam fertilizantes à base de nitrogênio nos campos, por meio da decomposição do esterco animal. Aproximadamente 79% de todo o óxido nitroso liberado nos Estados Unidos veio da fertilização com nitrogênio. O óxido nitroso também é liberado como um subproduto da queima de combustível fóssil, embora a quantidade liberada dependa de qual combustível foi usado. Também é emitido por meio da fabricação de ácido nítrico , que é utilizado na síntese de fertilizantes nitrogenados. A produção de ácido adípico, um precursor do náilon e de outras fibras sintéticas de roupas, também libera óxido nitroso. A quantidade total de óxido nitroso liberado de origem humana é de cerca de 40%.

Destruição da camada de ozônio

O óxido nitroso também tem sido implicado na redução da camada de ozônio . Um estudo de 2009 sugeriu que N
2
A
emissão de O foi a emissão mais importante de destruição da camada de ozônio e esperava-se que continuasse a ser a maior ao longo do século XXI.

Legalidade

Nos Estados Unidos , a posse de óxido nitroso é legal sob a lei federal e não está sujeita à jurisdição da DEA . No entanto, é regulamentado pela Food and Drug Administration sob a Food Drug and Cosmetics Act; o processo é possível sob suas cláusulas de "misbranding", que proíbe a venda ou distribuição de óxido nitroso para fins de consumo humano . Muitos estados têm leis que regulam a posse, venda e distribuição de óxido nitroso. Essas leis geralmente proíbem a distribuição para menores ou limitam a quantidade de óxido nitroso que pode ser vendida sem licença especial. Por exemplo, no estado da Califórnia, a posse para uso recreativo é proibida e qualifica como contravenção.

Em agosto de 2015, o Council of London Borough of Lambeth ( Reino Unido ) proibiu o uso da droga para fins recreativos, tornando os infratores passíveis de multa no local de até £ 1.000.

Na Nova Zelândia , o Ministério da Saúde advertiu que o óxido nitroso é um medicamento com receita, e sua venda ou posse sem receita é um crime sob a Lei de Medicamentos. Esta declaração aparentemente proibiria todos os usos não medicinais do óxido nitroso, embora esteja implícito que apenas o uso recreativo será legalmente direcionado.

Na Índia , a transferência de óxido nitroso de cilindros a granel para tanques menores e mais transportáveis ​​do tipo E, com capacidade de 1.590 litros, é legal quando o uso pretendido do gás é para anestesia médica.

Veja também

Referências

links externos