Podtlenek azotu
Podtlenek azotu, N2O, tlenek diazotu, monotlenek dwuazotu.
Podtlenek azotu (gaz rozweselający) jest to bezbarwny o słodkawym zapachu gaz o
temperaturze wrzenia około -90*C. Nie rozpuszcza się w wodzie, ale za to rozpuszcza się w
kwasie siarkowym, etanolu oraz eterze dietylowym. Największe zastosowanie ma w
anestezjologii oraz jako paliwo do "dopalaczy" w samochodach tzw. Nitro bądź NOS.
Pierwszy raz otrzymał go Joseph Priestley w 1772 roku.
Działanie podtlenku azotu na organizm człowieka jest różne w zależności od dawki. W
małych ilościach powoduje on poprawę samopoczucia, w średnich euforię i napady śmiechu,
w dużych narkozę. Z tego powodu używany jest niekiedy jako środek znieczulający w
szpitalach oraz jako doraźny lek przeciwko zaburzeniom nastroju i depresji.
Przyjmowanie N2O wiąże się jednak z pewnymi niebezpieczeństwami. Po pierwsze,
wdychanie go z powietrzem atmosferycznym, które zawiera niewystarczającą ilość tlenu,
może spowodować niedotlenienie mózgu. Aby osiągnąć należyty efekt trzeba wdychać go w
mieszaninie z przynajmniej 50% tlenu. Po drugie, podtlenek azotu zmienia strukturę witaminy
B12 (atom kobaltu w niej zawarty zwiększa liczbę wiązań do 2) uniemożliwiwając jej
działanie. Osoby które regularnie zażywają podtlenek muszą z tego powodu zażywać
dodatkowe dawki witaminy B12 i kwasu foliowego. Znaczne przedawkowanie nawet przy
prawidłowym stosowaniu może doprowadzić do paraliżu. Poza tym jednak gaz ten jest w
miarę bezpieczny.
N2O jest mało reaktywnym gazem. Nie reaguje z metalami alkalicznymi (metalami lekkimi),
ozonem ani chlorowcami. Jednak dostatecznie mocno ogrzany ulega rozkładowi z
wydzieleniem ciepła:
2N2O -> 2N2 + O2
Właściwość ta jest wykorzystywana w systemach dopalania samochodów rajdowych (tzw.
Nitro). Wydzielany tlen poprawia natlenienie mieszanki powietrzno-paliwowej i umożliwia
rozwinięcie większej mocy.
Koniec wykładu, bierzmy się do roboty...
Metoda otrzymywania z kwasu siarkowego, azotowego oraz mocznika
Odczynniki
Kwas siarkowy (H2SO4) 98%
Kwas azotowy (HNO3) 65%
Mocznik (CO(NH)2)
Wodorotlenek sodu (NaOH)
Skąd to wziąć?
Kwasy można dostać w sklepie chemicznym, nie są drogie - poniżej 10 zł za litr. Kwas
siarkowy można również kupić na stacji benzynowej w stężeniu 37,5% jako elektrolit jednak
wtedy trzeba będzie go zatężyć przez destylację lub odparowanie. Mocznik można dostać w
sklepie chemicznym lub czasem w ogrodniczym jako nawóz; Wodorotlenek sodu również w
chemicznym, choć niektórzy mówią że nadaje się Kret do rur. Ważne - do oczyszczania
odpływu stosowane są zasadniczo dwa środki - stężony kwas siarkowy oraz wodorotlenek
sodu. Sprawdź na etykiecie skład zanim użyjesz jakiegoś do otrzymywania podtlenku.
Sprzęt:
Rozdzielacz lub wkraplacz
Kolba destylacyjna 250 ml lub większa
Rurka gumowa x2
Płuczka gazowa
Naczynie na gaz
Duża miska lub wiadro
Statyw
Cylinder miarowy
Duży garnek
Kuchenka elektryczna lub palnik gazowy
Termometr
Zaczynamy.
Kolbę destylacyjną umieszczamy w łapie statywu na łaźni wodnej. Do tego jest ten duży
garnek - nalewamy do niego wody tak aby kolba była w nim zanurzona i już mamy łaźnię
wodną. Trzeba ją ustawić tak aby garnek można było ogrzewać palnikiem lub na kuchence.
Do kolby ostrożnie wlewamy 0,3 mola kwasu siarkowego 98% (16,3 ml). Następnie
dodajemy 0,1 mola mocznika (6 g). Mieszamy aż mocznik rozpuści się całkowicie. W korek z
dwoma dziurkami (ważne żeby był szczelny) wsadzamy termometr sięgający poziomu płynu
w kolbie oraz dolny koniec rozdzielacza. Alternatywnie można termometr umieścić w łaźni,
lecz należy wtedy pamiętać, że temperatura wewnątrz kolby będzie niższa. Montujemy w
drugiej łapie uprzednio dołączony rozdzielacz (W tej chwili powinieneś otrzymać coś
podobnego do przyrządu do otrzymywania gazów opisanego w dziale "Twoje Laboratorium").
Wlewamy do rozdzielacza nieco kwasu azotowego, zaznaczamy poziom (chodzi o to żeby
po wkropleniu odpowiedniej ilości kwasu gaz nie uchodził przez rozdzielacz - musi być go
nieco więcej a jednocześnie musimy wiedzieć kiedy przestać wkraplać), po czym dolewamy
0,1 mola kwasu azotowego (6,9 ml roztworu 65%). Do bocznego ramienia kolby podłączamy
rurkę gumową; drugi jej koniec mocujemy do wlotu płuczki gazowej napełnionej 10%
roztworem wodorotlenku sodu (np. 40g wodorotlenku na 360 ml wody). Płuczki nie można
pominąć, gdyż wytwarzający się gaz zawiera dużo dwutlenku węgla. Do wylotu płuczki
mocujemy drugi wąż. Ustawiamy naczynie na gaz w dużej misce do zbierania gazu nad
wodą.
Po ustawieniu wszystkiego jak należy zacznij ogrzewać łaźnię. Należy utrzymywać
temperaturę 60-65°C przez około 1 godzinę, a w tym czasie powoli wkraplać kwas azotowy.
Wydzieli się około 1 do 1,4 l niemal czystego gazu. Zbieramy go nad wodą do jakiegoś
naczynia. Jeśli nie masz naczynia 1,5 l użyj kilku mniejszych, które będziesz zmieniał gdy się
napełnią.
Aby otrzymać mieszaninę którą można bezpiecznie wdychać (ale nie przesadzajmy z ilością,
ponadto podtlenek azotu nie jest całkowicie nieszkodliwy) do tego samego naczynia zbierz
35-50% objętości podtlenku azotu i dopełnij tlenem.
(Schemat poniżej)
Bezpieczeństwo
Jeśli chcesz otrzymać więcej gazu to rzecz jasna możesz pomnożyć ilość substratów przez
dowolny czynnik np. 2, 5, 10 itp. Jednak nie polecam tego robić. Może się zdarzyć że duża
ilość gazu uwolni się do powietrza a wtedy zamiast pilnować żeby wszystko nie wykipiało
będziesz się śmiał jak głupek. Kwasy używane przy tej syntezie są bardzo żrące więc trzeba
zachować dużą ostrożność. Za szybkie wkraplanie może spowodować że otrzymany
podtlenek będzie zawierał kwas azotowy (przy wdychaniu spowoduje oparzenia dróg
oddechowych). Pominięcie płuczki może doprowadzić do niedotlenienia przy wdychaniu.
Metoda otrzymywania z azotanu amonu
Potrzebne Odczynniki:
Czysty azotan amonu - bez dodatków (NH4NO3),
Woda.
Skąd to wziąć?
Azotan amonu to popularny nawóz, więc znajdziemy go w sklepie rolniczym. W chemicznych
również jest. Lepiej, aby azotan amonu nie zawierał dodatków zwiększających wartość
nawozową, ale w zasadzie można użyć także takiego z dodatkami.
Sprzęt:
Kolba destylacyjna,
Rurka szklana odpowiednio wygięta,
Niskie naczynie,
Butelka plastikowa, lub np. cylinder miarowy,
Trójnóg,
Palnik.
Do kolby wrzucamy odpowiednią ilość azotanu amonu (zależnie od tego ile produktu chcemy
otrzymać) i montujemy aparaturę. Do kolby wkładamy korek a przez korek przeprowadzamy
szklana rurkę odpowiednio wygiętą (patrz schemat). Do niskiego naczynia nalewamy wody i
do butelki lub cylindra również (w całości) i szybko wkładamy do naczynia z wodą wylotem
(np. szyjka od butelki). Wylot szklanej rurki umieszczamy pod wylotem szyjki tak żeby gaz
”wpływał” do butelki czy cylindra. Jeśli nie zrozumiałeś to patrz na poniższy rysunek:
Teraz zaczynamy ogrzewać kolbę do temperatury około 170-240*C. Zacznie się wydzielać
N2O i będzie się zbierać w butelce, wcześniej płucząc się przez wodę. I tak powinniśmy
otrzymać podtlenek azotu. Jak poprzednio aby produkt był bezpieczny należy dodać do
niego co najmniej 50% tlenu. Synteza przebiega wedle poniższej reakcji:
NH4NO3 -> N2O^ + 2 H2O
Bezpieczeństwo
Podczas prowadzenia reakcji musimy uważać gdyż przegrzany powyżej 240°C azotan
amonu może rozłożyć się wybuchowo, a kawałki szkła z pękniętej kolby mogą nam narobić
krzywdy.
Drugim niebezpieczeństwem jest sam gaz, którego jako autorzy artkułu nie zalecamy
wdychać nawet przy prawidłowym przygotowaniu (to jest serwis pirotechniczno-chemiczny, a
nie o używkach). Jeśli zdecydujesz się na coś takiego ponosisz pełną odpowiedzialność za
to co robisz.