Ossido di diazoto

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Ossido di diazoto
modello molecola dell'ossido di di azoto
Nome IUPAC
monossido di diazoto
Nomi alternativi
protossido di azoto
ossidulo di azoto
ossido nitroso
anidride iponitrosa
gas esilarante
NOS
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare N2O
Massa molecolare (u) 44,01
Aspetto gas incolore
Numero CAS [10024-97-2]
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.) 1,2 (a 185 K)
Solubilità in acqua 567 g/l a 293 K
Temperatura di fusione −91 °C (182 K)
Temperatura di ebollizione −88 °C (185 K)
Punto critico 309,6 K (36,4 °C)
7,245 MPa
Tensione di vapore (Pa) a 293 K 5,08 × 106 
Proprietà termochimiche
ΔfH0 (kJ·mol−1) 81,6
ΔfG0 (kJ·mol−1) 103,7
S0m(J·K−1mol−1) 220,0
C0p,m(J·K−1mol−1) 38,6
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
comburente gas compresso

pericolo

Frasi H 270 - 280
Consigli P 220 - 244 - 370+376 - 403 [1]

L'ossido di diazoto (nome IUPAC monossido di diazoto e noto soprattutto come protossido di azoto) a temperatura e pressione ambiente è un gas incolore, non infiammabile, dall'odore lievemente dolce.
Ha formula chimica N2O, il suo numero CAS è 10024-97-2.
È noto anche come gas esilarante per via dei suoi effetti euforizzanti. Trova impiego medico come analgesico e anestetico.

È anche un importante gas serra ed inquinante atmosferico. Secondo l'EPA (Environmental Protection Agency) il suo potenziale di riscaldamento climatico è pari a 310, ovvero su cento anni il protossido di azoto risulta 310 volte più impattante dell'anidride carbonica per unità di massa.

In condizioni normali, la sua solubilità in acqua è di circa 0,112 g per 100 g.

Non è tossico per inalazione, benché — essendo inodore — possa provocare asfissia. In forma liquefatta può causare ustioni per contatto, dovute alla bassa temperatura.

La sua struttura è un ibrido di risonanza tra due formule limite


\mbox{N} \equiv \mbox{N}^+ - \mbox{O}^-  \leftrightarrow \mbox{N}^- = \mbox{N}^+ = \mbox{O}

Storia[modifica | modifica wikitesto]

Questo gas è stato scoperto da Joseph Priestley nel 1772. Vent'anni dopo, Humphry Davy lo sperimentò su sé stesso e su alcuni amici, tra cui i poeti Samuel Taylor Coleridge e Robert Southey. Scoprì così che l'ossido di diazoto attenua considerevolmente la sensazione del dolore, anche quando chi lo assume è ancora semi-cosciente. Fu così che entrò nell'uso medico come anestetico, specialmente presso i dentisti che avevano difficoltà ad avvalersi dell'opera di un medico anestesista e che trovavano conveniente che il loro paziente rimanesse sufficientemente sveglio da poter interpretare eventuali comandi verbali.

William James descrive gli effetti del protossido di azoto su di sé[2], affermando che poco dopo l'inalazione, si produssero un brivido esteso dal torace alle estremità, una aumentata sensibilità visiva, uditiva e di piacere, perdita del legame con le cose esterne, una percezione di immagini connesse a parole e di fervida immaginazione fantasiosa.

In un famoso cortometraggio del 1914 di Charlie Chaplin, intitolato laughing gas (gas esilarante) o Charlot, falso dentista, viene descritto in modo comico l'effetto del protossido di azoto[3].

Utilizzi[modifica | modifica wikitesto]

Gas esilarante[modifica | modifica wikitesto]

L'inalazione di ossido di diazoto è spesso causa di euforia o confusione. Può altresì produrre nausea e una confusione persistente se l'esposizione è troppo rapida o eccessiva. L'effetto anestetico dell'ossido nitroso non è ben chiarito nei dettagli, ma si pensa che il gas interagisca con le membrane delle cellule nervose del cervello alterando la comunicazione intracellulare a livello delle sinapsi. Viene classificata come droga leggera.

L'ossido di diazoto è utilizzato in anestesia, per ottenere diversi livelli di sedazione, anche se è ampiamente documentata una interazione con la vitamina B12 e conseguente inattivazione di quest'ultima[4][5]. Se inalato a bassa concentrazione lascia il paziente sveglio, ma con i sensi inibiti, cioè le sensazioni trasmesse al cervello dai cinque sensi appaiono leggermente più deboli ma completamente diverse dal solito (ecco dunque l'effetto psicotropo) e su alcuni individui può causare forte mal di testa; man mano che si aumenta la concentrazione può addirittura indurre sonnolenza e sonno vero e proprio.

L'utilizzo cronico, volontario o accidentale, può provocare polineuropatia e altre degerazioni delle cellule nervose[6][7][8].

Propellente per aerosol[modifica | modifica wikitesto]

L'ossido di diazoto è un additivo alimentare e viene usato come propellente[9] nelle confezioni di panna montata spray. È poco solubile in acqua e nei grassi, per cui si lega bene al composto della panna (35% di grassi emulsionati, il restante è acqua). Con la depressurizzazione del contenitore, all'apertura dell'ugello, il gas tende a uscire, rigassificandosi e creando delle minuscole bollicine costituite da lipidi. La quantità di gas non è sufficiente ad anestetizzare, ma in grandi quantità mantiene un leggero effetto euforizzante.

La panna spray fu inventata nel 1931 da Charlie Goetz e G. Frederick Smith, uno studente di chimica dell'Università dell'Illinois e il suo supervisore. Inizialmente usarono biossido di carbonio, che non era solubile nei grassi ma li rendeva acidi. L'uso dell'ossido di diazoto venne proposto da un dentista locale, che lo conosceva come anestetico. A partire dal 1948 la panna spray venne commercializzata, in contenitori monouso sotto pressione e caricati con ossido di diazoto, da parte della Reddi-Wip di Aaron Lapin.

Carburante per razzi[modifica | modifica wikitesto]

L'ossido di azoto può essere impiegato come comburente nei motori dei razzi. Rispetto ad altri agenti ossidanti ha il vantaggio di non essere tossico, di essere stabile a temperatura ambiente e di essere relativamente facile da stoccare e trasportare in volo.

È il comburente scelto in diversi modelli di motori ibridi per razzi, ibridi perché il combustibile è solido, mentre il comburente è liquido o gassoso. È stato usato spesso in combinazione con un polibutadiene a terminali ossidrilici.

Motori a combustione interna[modifica | modifica wikitesto]

Esempio d'impiego del NOS

Nelle applicazioni motoristiche, l'ossido di diazoto e il carburante del veicolo vengono iniettati nel condotto di aspirazione del motore, che produce i seguenti risultati:

  • temperature dell'aria più basse nell'aspirazione (che producono un denso carico di aspirazione);
  • aumento dell'ossigeno contenuto nel carico di aspirazione (l'aria ha una percentuale di ossigeno in peso del 20,9%);

Nelle competizioni automobilistiche l'ossido di diazoto, più noto in questo contesto come "protossido di azoto" o semplicemente NOS, è iniettato nel carburatore o immediatamente a monte di esso, per aumentare le capacità respiratorie del motore. Benché di per sé non sia infiammabile, decomponendosi ad alta temperatura fornisce più ossigeno dell'aria, consentendo al motore di bruciare una miscela più ricca di comburente. Inoltre, essendo stoccato in forma liquida, la sua evaporazione nel carburatore provoca un abbassamento della temperatura: questo rende la miscela carburante-comburente più densa e riduce la detonazione.
Solitamente, viene inserito in bombole di forma cilindrica comandate da una elettrovalvola che permette l'afflusso del gas a monte del carburatore attraverso l'azionamento di un apposito interruttore.

È illegale utilizzarlo come sovralimentatore chimico per motori su auto stradali[10].

La stessa tecnica fu impiegata durante la seconda guerra mondiale per aumentare la potenza dei motori degli aerei, soprattutto da parte della Luftwaffe, il cui carburante era mediamente peggiore - in termini di numero di ottano - di quello in dotazione alle forze aeree degli Alleati e per compensare la carenza di ossigeno in alta quota.[senza fonte]

La benzina, come tutti i carburanti, per bruciare ha bisogno di un elemento comburente: l'ossigeno, normalmente fornito dall'aria. Mentre l'addizione di un turbo viene chiamata "sovralimentazione meccanica", quella del protossido d'azoto viene definita "sovralimentazione chimica". Adducendo l'ossigeno proveniente dal protossido d'azoto all'aria (e incrementando di conseguenza la portata di combustibile), è possibile ottenere potenze sensibilmente maggiori rispetto all'utilizzo della sola aria. La sovralimentazione chimica aumenta le prestazioni di un veicolo di serie nei limiti degli stress meccanici e termici sopportabili dal propulsore, normalmente nell'ordine del 40%-45% (esempio: da 100cv si passerebbe a 140/150cv). Per un veicolo progettato per altissime prestazioni si può arrivare a un aumento del 150% (Es: da 100 cv si passerebbe a 250cv).

Produzione[modifica | modifica wikitesto]

Produzione dell'ossido di diazoto

La più comune via di sintesi dell'ossido di diazoto consiste nel cauto riscaldamento del nitrato di ammonio, che si decompone in ossido di diazoto e vapore acqueo[11].

NH4NO3 (s) → 2 H2O (g) + N2O (g)

In queste condizioni il nitrato di ammonio si decompone anche attraverso altre vie, pertanto il gas ottenuto conterrà altri ossidi di azoto. L'aggiunta di fosfati consente di ottenere un gas di purezza lievemente maggiore e operare a temperature inferiori.

La reazione avviene a temperature comprese tra i 170 °C e 240 °C, temperature alle quali il nitrato di ammonio è un esplosivo moderatamente sensibile e un potente ossidante. Oltre i 240 °C la reazione può accelerare e produrre una detonazione disastrosa, è quindi necessario avere sempre la temperatura della reazione sotto controllo. Alcuni impianti chimici ricorrono al vapore surriscaldato come fonte di calore. [12]

La miscela di gas prodotta dalla decomposizione è corrosiva; viene raffreddata per condensarne il vapore acqueo e filtrata per rimuovere gli ossidi superiori dell'azoto ed eventuali trascinamenti di nitrato d'ammonio. Viene infine purificata facendola gorgogliare in tre soluzioni: basica, acida e nuovamente basica.

Le impurezze di monossido di azoto (NO) sono chelate per reazione con solfato ferroso o ossidate e successivamente assorbite nei lavaggi basici. Il lavaggio acido intermedio serve a catturare l'ammoniaca che può liberarsi per reazione dei trascinamenti di nitrato d'ammonio con il primo lavaggio basico.

Uno dei primi produttori industriali di ossido di diazoto fu George Poe di Trenton, New Jersey.[13]

Curiosità[modifica | modifica wikitesto]

  • Nella cinematografia recente, il protossido di azoto è citato nella serie Fast and Furious, famosa riproduzione delle corse clandestine americane, riferendosi a esso come NOS, ossia Nitrous Oxide System, che non è da confondere con NO2, o diossido di monoazoto, essendo in realtà quest'ultimo un prodotto di scarico dei motori diesel.
  • NOS è una marca di modifiche per autoveicoli da corsa.
  • Nella quinta stagione della serie televisiva Nip/Tuck, il protossido di azoto viene utilizzato dalla nuova compagna di Sean McNamara, ovvero Teddy Rowe, per amplificare l'intensità dell'orgasmo.
  • Nel film La piccola bottega degli orrori, il sadico e violento dottor Orin Scrivello (Steve Martin), muore per overdose da protossido di azoto a causa della rottura di una valvola della maschera da lui ideata per inalare il suddetto gas.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ scheda dell'ossido di diazoto su IFA-GESTIS
  2. ^ Subjective Effects of Nitrous Oxide. William James., Emory University. URL consultato il 1º ottobre 2010.
  3. ^ Laughing Gas, The Internet Movie Database. URL consultato il 1º ottobre 2010.
  4. ^ Krajewski W, Kucharska M, Pilacik B, Fobker M, Stetkiewicz J, Nofer JR, Wronska-Nofer T., Impaired vitamin B12 metabolic status in healthcare workers occupationally exposed to nitrous oxide. in Br J Anaesth., vol. 99, nº 6, 2007, pp. 812-8, DOI:10.1093/bja/aem280, PMID 17951609.
  5. ^ Jameson M, Roberts S, Anderson NE, Thompson P., Nitrous oxide-induced vitamin B(12) deficiency. in J Clin Neurosci., vol. 6, nº 2, 1999, pp. 164-6, PMID 18639144.
  6. ^ Richardson PG., Peripheral neuropathy following nitrous oxide abuse. in Emerg Med Australas., vol. 22, nº 1, 2007, pp. 88-90, PMID 20152009.
  7. ^ Huang MY, Tsai W, Chang WH., Nitrous oxide-induced polyneuropathy in a teenager. in Emerg Med J., vol. 26, nº 3, 2009, p. 186, DOI:10.1093/bja/aem280, PMID 17951609.
  8. ^ Renard D, Dutray A, Remy A, Castelnovo G, Labauge P., Subacute combined degeneration of the spinal cord caused by nitrous oxide anaesthesia. in Neurol Sci., vol. 30, nº 1, 2009, pp. 75-6, PMID 19169627.
  9. ^ Panna esilarante
  10. ^ Motori truccati, adrenalina e scommesse le notti pericolose delle corse clandestine - Repubblica.it » Ricerca
  11. ^ A. F. Holleman, Wiberg, E., Inorganic Chemistry, San Diego, Academic Press, 2001, ISBN 0-12-352651-5.
  12. ^ Nitrous oxide plant, Sanghi Organization.
  13. ^ George Poe is Dead, Washington Post, 3 febbraio 1914. URL consultato il 29 dicembre 2007.
    «Cousin of Famous Poet and Noted as a Scientist. Inventor of the Respirator. Also First to Liquefy Nitrous Oxide. Cadet at Virginia Military Institute at Time of Battle of Newmarket. Mentioned for the Nobel Prize for Scientific Attainment in Chemistry. Prof. George Poe, a cousin of the poet Edgar Allan Poe, a noted scientist and inventor, who had been mentioned for the Nobel prize for scientific attainment, a former resident of Washington, died in Norfolk, Virginia, yesterday of general paralysis. Prof. Poe was in his sixty-eighth year.».

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