Óxido nitroso

Colourless non-flammable gas

Para otros usos, consulte Óxido nitroso (desambiguación) .

"Gas de risa" vuelve a dirigir aquí. Para otros usos, consulte Gas de risa (desambiguación) .

No confundir con óxido nítrico ( NO ), dióxido de nitrógeno ( NO
₂), o contaminantes genéricos de óxido de nitrógeno NOx .

Óxido nitroso

Nombres
Nombre IUPAC Óxido nitroso [1]
Otros nombres Gas de la risa, aire dulce, protóxido de nitrógeno, óxido hiponitroso, óxido de dinitrógeno, monóxido de dinitrógeno
Identificadores
Número CAS	10024-97-2 Y
Modelo 3D ( JSmol )	Imagen interactiva Imagen interactiva
Referencia de Beilstein	8137358
CHEBI	CHEBI: 17045 Y
CHEMBL	ChEMBL1234579 N
ChemSpider	923 Y
DrugBank	DB06690 N
Tarjeta de información ECHA	100.030.017
Número e	E942 (agentes de glaseado, ...)
Referencia de Gmelin	2153410
KEGG	D00102 Y
PubChem CID	948
Número RTECS	QX1350000
UNII	K50XQU1029 Y
un numero	1070 (comprimido) 2201 (líquido)
Tablero CompTox ( EPA )	DTXSID8021066
InChI EnChI = 1S / N2O / c1-2-3 Y Clave: GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Y InChI = 1 / N2O / c1-2-3 InChI = 1 / N2O / c1-2-3 Clave: GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYAP
Sonrisas N # [N +] [O-] [N -] = [N +] = O
Propiedades
Fórmula química	norte 2O
Masa molar	44,013 g / mol
Apariencia	gas incoloro
Densidad	1.977 g / L (gas)
Punto de fusion	−90,86 ° C (−131,55 ° F; 182,29 K)
Punto de ebullición	−88,48 ° C (−127,26 ° F; 184,67 K)
solubilidad en agua	1,5 g / L (15 ° C)
Solubilidad	soluble en alcohol , éter , ácido sulfúrico
log P	0,35
Presión de vapor	5150 kPa (20 ° C)
Susceptibilidad magnética (χ)	−18,9 · 10 −6 cm 3 / mol
Índice de refracción ( n D )	1.000516 (0 ° C, 101.325 kPa)
Viscosidad	14,90 μPa · s [2]
Estructura
Forma molecular	lineal, C ∞v
Momento bipolar	0,166 D
Termoquímica
Entropía molar estándar ( S o 298 )	219,96 J / (K · mol)
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 )	+82,05 kJ / mol
Farmacología
Código ATC	N01AX13 ( OMS )
Vías de administración	Inhalación
Farmacocinética :
Metabolismo	0,004%
Vida media biológica	5 minutos
Excreción	Respiratorio
Peligros
Ficha de datos de seguridad	Ilo.org , ICSC 0067
Pictogramas GHS
NFPA 704 (diamante de fuego)	2 0 0 BUEY
punto de inflamabilidad	No es inflamable
Compuestos relacionados
Óxidos de nitrógeno relacionados	Óxido nítrico Trióxido de dinitrógeno Dióxido de nitrógeno Tetróxido de dinitrógeno Pentóxido de dinitrógeno
Compuestos relacionados	Azida de nitrato de amonio
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
N verificar  ( ¿qué es   ?)YN
Referencias de Infobox

El óxido nitroso , comúnmente conocido como gas de la risa o nitroso , ^[3] es un compuesto químico , un óxido de nitrógeno con la fórmula N
₂O . A temperatura ambiente, se trata de un incoloro no inflamable de gas , con un ligero olor metálico y el gusto. A temperaturas elevadas, el óxido nitroso es un oxidante poderoso similar al oxígeno molecular.

El óxido nitroso tiene importantes usos médicos , especialmente en cirugía y odontología , por sus efectos anestésicos y reductores del dolor . Su nombre coloquial "gas de la risa", acuñado por Humphry Davy , se debe a los efectos eufóricos al inhalarlo, propiedad que ha propiciado su uso recreativo como anestésico disociativo . Está en la Lista de medicamentos esenciales de la Organización Mundial de la Salud, los medicamentos más seguros y eficaces necesarios en un sistema de salud . ^[4] También se utiliza como oxidante en propulsores de cohetes.y en el automovilismo para aumentar la potencia de salida de los motores .

La concentración atmosférica del óxido nitroso alcanzó las 333  partes por mil millones (ppb) en 2020, aumentando a una tasa de aproximadamente 1 ppb al año. ^{[5] [6]} Es un importante eliminador de ozono estratosférico , con un impacto comparable al de los CFC . ^[7] Contabilidad global de N
₂O fuentes y sumideros durante la década que finalizó en 2016 indica que alrededor del 40% del promedio de 17 TgN / año ( Teragramos de nitrógeno por año) de emisiones se originaron a partir de la actividad humana, y muestra que el crecimiento de las emisiones provino principalmente de la expansión de fuentes agrícolas e industriales dentro de los países emergentes. economías. ^{[8] [9]} Siendo el tercer gas de efecto invernadero de larga duración más importante , el óxido nitroso también contribuye sustancialmente al calentamiento global . ^{[10] [11]}

Usos

Motores de cohetes

El óxido nitroso se puede utilizar como oxidante en un motor de cohete . Esto es ventajoso sobre otros oxidantes porque es mucho menos tóxico y, debido a su estabilidad a temperatura ambiente, también es más fácil de almacenar y relativamente seguro de llevar en un vuelo. Como beneficio secundario, puede descomponerse fácilmente para formar aire respirable. Su alta densidad y baja presión de almacenamiento (cuando se mantiene a baja temperatura) le permiten ser altamente competitivo con los sistemas de gas almacenado a alta presión. ^[12]

En una patente de 1914, el pionero de los cohetes estadounidense Robert Goddard sugirió el óxido nitroso y la gasolina como posibles propulsores para un cohete de combustible líquido. ^[13] El óxido nitroso ha sido el oxidante de elección en varios diseños de cohetes híbridos (que utilizan combustible sólido con un oxidante líquido o gaseoso). SpaceShipOne y otros han utilizado la combinación de óxido nitroso con combustible de polibutadieno terminado en hidroxilo . También se utiliza notablemente en cohetes de aficionados y de alta potencia con diversos plásticos como combustible.

El óxido nitroso también se puede utilizar en un cohete monopropulsor . En presencia de un catalizador calentado , N
₂El O se descompondrá exotérmicamente en nitrógeno y oxígeno, a una temperatura de aproximadamente 1.070 ° F (577 ° C). ^[14] Debido a la gran liberación de calor, la acción catalítica se vuelve secundaria rápidamente, ya que la autodescomposición térmica se vuelve dominante. En un propulsor de vacío, esto puede proporcionar un impulso específico de monopropulsor ( I _sp ) de hasta 180 s. Si bien es notablemente menor que la I _sp disponible en los propulsores de hidracina (monopropelente o bipropulsante con tetróxido de dinitrógeno ), la menor toxicidad hace que el óxido nitroso sea una opción que vale la pena investigar.

Se dice que el óxido nitroso se deflagra a aproximadamente 600 ° C (1112 ° F) a una presión de 309 psi (21 atmósferas). ^[15] A 600  psi , por ejemplo, la energía de ignición requerida es de solo 6 julios, mientras que N
₂O a 130 psi, una entrada de energía de encendido de 2.500 julios es insuficiente. ^{[16] [17]}

Motor de combustión interna

Artículo principal: motor de óxido nitroso

En las carreras de vehículos , el óxido nitroso (a menudo denominado simplemente " nitroso ") permite que el motor queme más combustible al proporcionar más oxígeno durante la combustión. El aumento de oxígeno permite un aumento en la inyección de combustible, lo que permite que el motor produzca más potencia . El gas no es inflamable a baja presión / temperatura, pero entrega más oxígeno que el aire atmosférico al descomponerse a temperaturas elevadas, alrededor de 570 grados F (~ 300C). Por lo tanto, a menudo se mezcla con otro combustible más fácil de deflagrar. El óxido nitroso es un agente oxidante fuerte, aproximadamente equivalente al peróxido de hidrógeno y mucho más fuerte que el oxígeno gaseoso.

El óxido nitroso se almacena como líquido comprimido; la evaporación y expansión del óxido nitroso líquido en el colector de admisión provoca una gran caída en la temperatura de carga de admisión, lo que resulta en una carga más densa, lo que permite que entre más mezcla de aire / combustible en el cilindro. A veces, el óxido nitroso se inyecta en (o antes) el colector de admisión, mientras que otros sistemas se inyectan directamente, justo antes del cilindro (inyección de puerto directo) para aumentar la potencia.

La técnica fue utilizada durante la Segunda Guerra Mundial por aviones de la Luftwaffe con el sistema GM-1 para aumentar la potencia de salida de los motores de los aviones . Originalmente destinado a proporcionar a los aviones estándar de la Luftwaffe un rendimiento superior a gran altitud, las consideraciones tecnológicas limitaron su uso a altitudes extremadamente altas. En consecuencia, sólo fue utilizado por los aviones especializados como a gran altitud aviones de reconocimiento , bombarderos de alta velocidad y gran altitud avión interceptor . A veces se puede encontrar en aviones de la Luftwaffe también equipados con otro sistema de refuerzo de motor, MW 50 , una forma de inyección de agua.para motores de aviación que usaban metanol por sus capacidades de impulso.

Uno de los principales problemas del uso de óxido nitroso en un motor alternativo es que puede producir suficiente potencia para dañar o destruir el motor. Son posibles aumentos de potencia muy grandes, y si la estructura mecánica del motor no se refuerza adecuadamente, el motor puede dañarse gravemente o destruirse durante este tipo de operación. Es muy importante con el aumento de óxido nitroso de los motores de gasolina mantener las temperaturas de funcionamiento y los niveles de combustible adecuados para evitar la "pre-ignición", ^[18]o "detonación" (a veces denominado "golpe"). La mayoría de los problemas asociados con el óxido nitroso no provienen de fallas mecánicas debido a los aumentos de potencia. Dado que el óxido nitroso permite una carga mucho más densa en el cilindro, aumenta drásticamente la presión del cilindro. El aumento de presión y temperatura puede causar problemas como derretir el pistón o las válvulas. También puede agrietar o deformar el pistón o la cabeza y provocar una preignición debido a un calentamiento desigual.

El óxido nitroso líquido de grado automotriz difiere ligeramente del óxido nitroso de grado médico. Una pequeña cantidad de dióxido de azufre ( SO
₂) se agrega para prevenir el abuso de sustancias. ^[19] Múltiples lavados a través de una base (como hidróxido de sodio ) pueden eliminar esto, disminuyendo las propiedades corrosivas observadas cuando SO
₂se oxida aún más durante la combustión en ácido sulfúrico , lo que hace que las emisiones sean más limpias. ^{[ cita requerida ]}

Propelente de aerosol

N de calidad alimentaria
₂Oh cargadores de nata montada

El gas está aprobado para su uso como aditivo alimentario ( número E : E942), específicamente como propelente en aerosol . Sus usos más comunes en este contexto son en botes de crema batida en aerosol y aerosoles para cocinar .

El gas es extremadamente soluble en compuestos grasos. En la nata montada en aerosol, se disuelve en la nata grasa hasta que sale de la lata, cuando se vuelve gaseosa y así forma espuma. Usado de esta manera, produce crema batida que es cuatro veces el volumen del líquido, mientras que batir el aire en crema solo produce el doble de volumen. Si se usara aire como propulsor, el oxígeno aceleraría la rancidificación de la grasa butírica, pero el óxido nitroso inhibe dicha degradación. El dióxido de carbono no se puede usar para la crema batida porque es ácido en el agua, lo que cuajaría la crema y le daría una sensación "chispeante" similar a la del seltzer.

Sin embargo, la crema batida producida con óxido nitroso es inestable y volverá a un estado más líquido dentro de media hora a una hora. ^[20] Por lo tanto, el método no es adecuado para decorar alimentos que no se servirán de inmediato.

Durante diciembre de 2016, algunos fabricantes informaron una escasez de cremas batidas en aerosol en los Estados Unidos debido a una explosión en las instalaciones de óxido nitroso de Air Liquide en Florida a fines de agosto. Con una instalación importante fuera de línea, la interrupción provocó una escasez que provocó que la empresa desviara el suministro de óxido nitroso a clientes médicos en lugar de a la fabricación de alimentos. La escasez se produjo durante la temporada navideña y festiva, cuando el uso de la crema batida enlatada normalmente es más alto. ^[21]

De manera similar, el aerosol para cocinar , que está hecho de varios tipos de aceites combinados con lecitina (un emulsionante ), puede usar óxido nitroso como propulsor . Otros propulsores utilizados en aerosol para cocinar incluyen el propano y el alcohol de grado alimenticio .

Medicina

Artículo principal: óxido nitroso (medicación)

N de grado médico
₂O tanques utilizados en odontología

El óxido nitroso se ha utilizado en odontología y cirugía, como anestésico y analgésico, desde 1844. ^[22] En los primeros días, el gas se administraba a través de inhaladores simples que consistían en una bolsa de respiración hecha de tela de goma. ^[23] Hoy en día, el gas se administra en los hospitales por medio de una máquina automatizada de analgesia relativa , con un vaporizador de anestésico y un ventilador médico , que administra un flujo de óxido nitroso mezclado con oxígeno en una proporción de 2: 1, dosificado con precisión y accionado por la respiración. proporción.

El óxido nitroso es un anestésico general débil , por lo que generalmente no se usa solo en la anestesia general, sino que se usa como gas portador (mezclado con oxígeno) para fármacos anestésicos generales más potentes como el sevoflurano o el desflurano . Tiene una concentración alveolar mínima del 105% y un coeficiente de partición sangre / gas de 0,46. Sin embargo, el uso de óxido nitroso en la anestesia puede aumentar el riesgo de náuseas y vómitos posoperatorios. ^{[24] [25] [26]}

Los dentistas usan una máquina más simple que solo entrega una N
₂O / O
₂mezcla para que el paciente inhale mientras está consciente. El paciente se mantiene consciente durante todo el procedimiento y conserva las facultades mentales adecuadas para responder a las preguntas e instrucciones del dentista. ^[27]

La inhalación de óxido nitroso se usa con frecuencia para aliviar el dolor asociado con el parto , trauma , cirugía oral y síndrome coronario agudo (incluye ataques cardíacos). Se ha demostrado que su uso durante el trabajo de parto es una ayuda segura y eficaz para las mujeres que dan a luz. ^[28] Se desconoce su uso para el síndrome coronario agudo. ^[29]

En Gran Bretaña y Canadá , los equipos de ambulancias (incluidos los médicos no registrados) utilizan habitualmente Entonox y Nitronox como gas analgésico rápido y muy eficaz.

Los socorristas no profesionales capacitados en primeros auxilios pueden utilizar el 50% de óxido nitroso en entornos prehospitalarios, dada la relativa facilidad y seguridad de administrar 50% de óxido nitroso como analgésico. La rápida reversibilidad de su efecto también evitaría que excluyera el diagnóstico. ^[30]

Uso recreativo

Representación al aguatinta de una fiesta de gas de la risa en el siglo XIX, por Thomas Rowlandson

Restos de whippit (los pequeños botes de acero) del uso de drogas recreativas, Países Bajos, 2017

La inhalación recreativa de óxido nitroso , con el propósito de provocar euforia y / o leves alucinaciones , comenzó como un fenómeno para la clase alta británica en 1799, conocido como "fiestas de gas de la risa".

A partir del siglo XIX, la disponibilidad generalizada del gas para fines médicos y culinarios permitió que el uso recreativo se expandiera enormemente por todo el mundo. En el Reino Unido, en 2014, se estimaba que casi medio millón de jóvenes usaban óxido nitroso en locales nocturnos, festivales y fiestas. ^[31] La legalidad de ese uso varía mucho de un país a otro, e incluso de una ciudad a otra en algunos países.

El uso recreativo generalizado de la droga en todo el Reino Unido se presentó en el documental de Vice 2017 Inside The Laughing Gas Black Market , en el que el periodista Matt Shea se reunió con traficantes de la droga que la robaron de los hospitales, ^[32] aunque con botes de óxido nitroso fácilmente disponible en línea, se espera que los incidentes de robo en hospitales sean extremadamente raros.

Un tema importante citado en la prensa de Londres es el efecto de la basura en los botes de óxido nitroso, que es muy visible y causa importantes quejas de las comunidades. ^[33]

Seguridad

Los principales peligros para la seguridad del óxido nitroso provienen del hecho de que es un gas licuado comprimido, un riesgo de asfixia y un anestésico disociativo .

Si bien es relativamente no tóxico, el óxido nitroso tiene una serie de efectos nocivos reconocidos en la salud humana, ya sea por inhalarlo o por contacto del líquido con la piel o los ojos.

El óxido nitroso es un riesgo laboral importante para cirujanos, dentistas y enfermeras. Debido a que el óxido nitroso se metaboliza mínimamente en los seres humanos (con una tasa de 0,004%), conserva su potencia cuando el paciente lo exhala en la habitación y puede representar un peligro de exposición prolongada e intoxicante para el personal de la clínica si la habitación está mal ventilada. Cuando se administre óxido nitroso, un sistema de ventilación de aire fresco de flujo continuo o N
₂El sistema de barrido se utiliza para evitar la acumulación de gases residuales.

El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional recomienda que se controle la exposición de los trabajadores al óxido nitroso durante la administración de gas anestésico en operadores médicos, dentales y veterinarios. ^[34] Estableció un límite de exposición recomendado (REL) de 25 ppm (46 mg / m ³ ) para el anestésico escapado. ^[35]

Discapacidad mental y manual

La exposición al óxido nitroso provoca una disminución a corto plazo del rendimiento mental, la capacidad audiovisual y la destreza manual. ^[36] Estos efectos, junto con la desorientación espacial y temporal inducida, podrían resultar en daños físicos al usuario por peligros ambientales. ^[37] Parte de un uso más seguro puede ser inhalarlo mientras está sentado, porque existe un mayor riesgo de lesiones por caída si pierde el conocimiento.

Neurotoxicidad y neuroprotección

Al igual que otros antagonistas del receptor de NMDA , N
₂Se sugirió que el O produce neurotoxicidad en forma de lesiones de Olney en roedores tras una exposición prolongada (varias horas). ^{[38] [39] [40] [41]} Ha surgido una nueva investigación que sugiere que las lesiones de Olney no ocurren en humanos, sin embargo, y ahora se cree que fármacos similares como la ketamina no son neurotóxicos agudos. ^{[42] [43]} Se ha argumentado que, debido a que N
₂O tiene una duración muy corta en circunstancias normales, es menos probable que sea neurotóxico que otros antagonistas de NMDAR. ^[44] De hecho, en los roedores, la exposición a corto plazo produce solo una lesión leve que es rápidamente reversible, y la muerte neuronal ocurre solo después de una exposición constante y sostenida. ^[38] El óxido nitroso también puede causar neurotoxicidad después de una exposición prolongada debido a la hipoxia . Esto es especialmente cierto en el caso de las formulaciones no médicas, como los cargadores de crema batida (también conocidos como "whippets" o "nangs"), ^[45] que nunca contienen oxígeno, ya que el oxígeno hace que la crema se vuelva rancia. ^[46]

Además, el óxido nitroso agota los niveles de vitamina B 12 . Esto puede causar neurotoxicidad grave si el usuario ha preexistente vitamina B 12 deficiencia . ^[47]

El óxido nitroso al 75% en volumen reduce la muerte neuronal inducida por isquemia inducida por la oclusión de la arteria cerebral media en roedores y disminuye la entrada de Ca ²⁺ inducida por NMDA en cultivos de células neuronales, un evento crítico involucrado en la excitotoxicidad . ^[44]

Daño en el ADN

La exposición ocupacional al óxido nitroso ambiental se ha asociado con daños en el ADN, debido a interrupciones en la síntesis de ADN. ^[48] Esta correlación depende de la dosis ^{[49] [50]} y no parece extenderse al uso recreativo ocasional; sin embargo, se necesitan más investigaciones para confirmar la duración y la cantidad de exposición necesaria para causar daños.

Privación de oxígeno

Si se inhala óxido nitroso puro sin oxígeno mezclado, esto eventualmente puede conducir a la privación de oxígeno que resulta en pérdida de presión arterial, desmayos e incluso ataques cardíacos. Esto puede ocurrir si el usuario inhala grandes cantidades continuamente, como con una máscara con correa conectada a un bote de gas. También puede suceder si el usuario aguanta demasiado la respiración o usa cualquier otro sistema de inhalación que corta el suministro de aire fresco. ^[51] Otro riesgo es que se puedan producir síntomas de congelación en los labios, la laringe y los bronquios si el gas se inhala directamente del recipiente de gas. Por lo tanto, a menudo se usan condones o globos para inhalar el óxido nitroso de ellos. ^[52]

La vitamina B ₁₂ deficiencia

La exposición a largo plazo al óxido nitroso puede producir vitamina B 12 deficiencia . Inactiva la forma cobalamina de la vitamina B ₁₂ por oxidación. Los síntomas de la deficiencia de vitamina B ₁₂ , que incluyen neuropatía sensorial , mielopatía y encefalopatía , pueden ocurrir a los pocos días o semanas de exposición a la anestesia con óxido nitroso en personas con deficiencia subclínica de vitamina B ₁₂ .

Los síntomas se tratan con altas dosis de vitamina B ₁₂ , pero la recuperación puede ser lenta e incompleta. ^[53]

Las personas con niveles normales de vitamina B ₁₂ tienen reservas que hacen que los efectos del óxido nitroso sean insignificantes, a menos que la exposición sea repetida y prolongada (abuso de óxido nitroso). Los niveles de vitamina B ₁₂ deben controlarse en personas con factores de riesgo de deficiencia de vitamina B ₁₂ antes de usar anestesia con óxido nitroso. ^[54]

Desarrollo prenatal

Varios estudios experimentales en ratas indican que la exposición crónica de hembras preñadas al óxido nitroso puede tener efectos adversos en el feto en desarrollo. ^{[55] [56] [57]}

Riesgos químicos / físicos

A temperatura ambiente (20 ° C [68 ° F]), la presión de vapor saturado es de 50,525 bar, elevándose hasta 72,45 bar a 36,4 ° C (97,5 ° F), la temperatura crítica . Por tanto, la curva de presión es inusualmente sensible a la temperatura. ^[58]

Al igual que con muchos oxidantes fuertes, la contaminación de piezas con combustibles se ha visto implicada en accidentes de cohetes, donde pequeñas cantidades de mezclas nitroso / combustible explotan debido a efectos similares a los del " golpe de ariete " (a veces llamado "dieseling", calentamiento debido a la compresión adiabática de gases puede alcanzar temperaturas de descomposición). ^[59] Algunos materiales de construcción comunes, como el acero inoxidable y el aluminio, pueden actuar como combustibles con oxidantes fuertes como el óxido nitroso, al igual que los contaminantes que pueden encenderse debido a la compresión adiabática. ^[60]

También ha habido incidentes en los que la descomposición del óxido nitroso en las tuberías ha provocado la explosión de tanques grandes. ^[15]

Mecanismo de acción

El mecanismo de acción farmacológico de N
₂O en medicina no se conoce completamente. Sin embargo, se ha demostrado que modula directamente una amplia gama de canales iónicos activados por ligandos , y esto probablemente juega un papel importante en muchos de sus efectos. Moderadamente bloques de NMDAR y β 2 -subunidad que contiene canales de nACh , débilmente inhibe AMPA , kainato , GABA C y 5-HT 3 receptores , y ligeramente potencializa GABA A y los receptores de glicina . ^{[61] [62]} También se ha demostrado que activa el dominio de dos poros K+canales . ^[63] Mientras que N
₂O afecta a bastantes canales iónicos, sus efectos anestésicos, alucinógenos y euforizantes probablemente se causan predominantemente, o completamente, a través de la inhibición de las corrientes mediadas por el receptor NMDA. ^{[61] [64]} Además de sus efectos sobre los canales iónicos, N
₂El O puede actuar imitando al óxido nítrico (NO) en el sistema nervioso central, y esto puede estar relacionado con sus propiedades analgésicas y ansiolíticas . ^[64] El óxido nitroso es de 30 a 40 veces más soluble que el nitrógeno.

Se sabe que los efectos de la inhalación de dosis subanestésicas de óxido nitroso varían en función de varios factores, incluidos los entornos y las diferencias individuales; ^{[65] [66]} sin embargo, a partir de su discusión, Jay (2008) ^[37] sugiere que se sabe de manera confiable que induce los siguientes estados y sensaciones:

• Intoxicación
• Euforia / disforia
• Desorientación espacial
• Desorientación temporal
• Sensibilidad al dolor reducida

Una minoría de usuarios también se presentará con vocalizaciones incontroladas y espasmos musculares. Estos efectos generalmente desaparecen minutos después de la eliminación de la fuente de óxido nitroso. ^[37]

Efecto eufórico

En ratas, N
₂O estimula la vía de recompensa mesolímbica induciendo la liberación de dopamina y activando neuronas dopaminérgicas en el área tegmental ventral y núcleo accumbens , presumiblemente a través de la antagonización de los receptores NMDA localizados en el sistema. ^{[67] [68] [69] [70]} Esta acción se ha relacionado con sus efectos eufóricos y, en particular, también parece aumentar sus propiedades analgésicas. ^{[67] [68] [69] [70]}

Sin embargo, es notable que en ratones, N
₂O bloquea la liberación de dopamina mediada por portadores inducida por anfetaminas en el núcleo accumbens y la sensibilización conductual , elimina la preferencia de lugar condicionada (CPP) de la cocaína y la morfina y no produce efectos de refuerzo (o aversión) propios. ^{[71] [72]} Efectos de la CPP de N
₂Los O en ratas son mixtos, consistentes en refuerzo, aversión y sin cambio. ^[73] En contraste, es un reforzador positivo en los monos ardilla, ^[74] y es bien conocido como una droga de abuso en humanos. ^[75] Estas discrepancias en respuesta a N
₂O puede reflejar variaciones de especies o diferencias metodológicas. ^[72] En estudios clínicos en humanos, N
₂Se encontró que O produce respuestas mixtas, de manera similar a las ratas, lo que refleja una alta variabilidad individual subjetiva. ^{[76] [77]}

Efecto ansiolítico

En las pruebas conductuales de ansiedad , una dosis baja de N
₂El O es un ansiolítico eficaz y este efecto ansiolítico se asocia con una mayor actividad de los receptores GABA _A , ya que los antagonistas de los receptores de las benzodiazepinas lo revierten parcialmente . Reflejando esto, los animales que han desarrollado tolerancia a los efectos ansiolíticos de las benzodiazepinas son parcialmente tolerantes a N
₂O . ^[78] De hecho, en humanos que recibieron 30% de N
₂O , los antagonistas de los receptores de las benzodiazepinas redujeron los informes subjetivos de sentirse "eufórico", pero no alteraron el rendimiento psicomotor , en estudios clínicos en humanos. ^[79]

Efecto analgésico

Los efectos analgésicos de N
₂O están vinculados a la interacción entre el sistema opioide endógeno y el sistema noradrenérgico descendente . Cuando los animales reciben morfina de forma crónica, desarrollan tolerancia a sus efectos analgésicos, y esto también hace que los animales sean tolerantes a los efectos analgésicos de N
₂O . ^{[80] La} administración de anticuerpos que se unen y bloquean la actividad de algunos opioides endógenos (no la β-endorfina ) también bloquea los efectos antinociceptivos de N
₂O . ^{[81] Los} fármacos que inhiben la degradación de los opioides endógenos también potencian los efectos antinociceptivos de N
₂O . ^[81] Varios experimentos han demostrado que los antagonistas de los receptores opioides aplicados directamente al cerebro bloquean los efectos antinociceptivos de N
₂O , pero estos medicamentos no tienen ningún efecto cuando se inyectan en la médula espinal .

Por el contrario, los antagonistas de los receptores adrenérgicos α 2 bloquean los efectos reductores del dolor de N
₂O cuando se administra directamente a la médula espinal, pero no cuando se aplica directamente al cerebro. ^[82] De hecho, los ratones knockout para los adrenorreceptores α 2B o los animales empobrecidos en norepinefrina son casi completamente resistentes a los efectos antinociceptivos de N
₂O . ^[83] Aparentemente N
₂La liberación de opioides endógenos inducida por O provoca la desinhibición de las neuronas noradrenérgicas del tronco del encéfalo , que liberan noradrenalina en la médula espinal e inhiben la señalización del dolor. ^[84] Exactamente cómo N
₂O causa que la liberación de péptidos opioides endógenos sigue siendo incierta.

Propiedades y reacciones

El óxido nitroso es un gas incoloro y no tóxico con un olor suave y dulce.

El óxido nitroso favorece la combustión al liberar el radical de oxígeno unido por enlaces dipolares y, por lo tanto, puede volver a encender una férula incandescente .

norte
₂O es inerte a temperatura ambiente y tiene pocas reacciones. A temperaturas elevadas, aumenta su reactividad. Por ejemplo, el óxido nitroso reacciona con NaNH.
₂a 460 K (187 ° C) para dar NaN
₃:

2 NaNH
₂+ N
₂O → NaN
₃+ NaOH + NH
₃

La reacción anterior es la ruta adoptada por la industria química comercial para producir sales de azida , que se utilizan como detonadores. ^[85]

Historia

El gas fue sintetizado por primera vez en 1772 por el filósofo natural y químico inglés Joseph Priestley, quien lo llamó aire nitroso flogístico (véase la teoría del flogisto ) ^[86] o aire nitroso inflamable . ^[87] Priestley publicó su descubrimiento en el libro Experiments and Observations on Different Kinds of Air (1775) , donde describió cómo producir la preparación de "aire nitroso disminuido", calentando limaduras de hierro humedecidas con ácido nítrico . ^[88]

Uso temprano

"VIVIR FÁCIL"
Una impresión satírica de 1830 que muestra a Humphry Davy administrando una dosis de gas hilarante a una mujer.

El primer uso importante del óxido nitroso fue posible gracias a Thomas Beddoes y James Watt , quienes trabajaron juntos para publicar el libro Consideraciones sobre el uso médico y sobre la producción de aires fácticos (1794) . Este libro fue importante por dos razones. Primero, James Watt había inventado una máquina novedosa para producir " aires artificiales " (incluido el óxido nitroso) y un "aparato respiratorio" novedoso para inhalar el gas. En segundo lugar, el libro también presentó las nuevas teorías médicas de Thomas Beddoes, según las cuales la tuberculosis y otras enfermedades pulmonares podrían tratarse mediante la inhalación de "aires facticios". ^[22]

Sir Humphry Davy 's investigaciones químicas y filosófica: en relación con el óxido nitroso principalmente (1800), páginas 556 y 557 (derecha), que describen potenciales propiedades anestésicas de óxido nitroso en el alivio del dolor durante la cirugía

La máquina para producir "Aire Facticio" tenía tres partes: un horno para quemar el material necesario, un recipiente con agua por donde pasaba el gas producido en una tubería en espiral (para que las impurezas fueran "lavadas"), y finalmente el cilindro de gas. con un gasómetro donde el gas producido, "aire", podría introducirse en bolsas de aire portátiles (hechas de seda aceitosa hermética). El aparato respiratorio constaba de una de las bolsas de aire portátiles conectadas con un tubo a una boquilla. Con este nuevo equipo diseñado y producido en 1794, se allanó el camino para los ensayos clínicos , ^{[ aclaración necesaria ]} que comenzó en 1798 cuando Thomas Beddoes estableció el "Institución neumática para el alivio de enfermedades mediante aires médicos "en Hotwells ( Bristol ). En el sótano del edificio, una máquina a gran escala estaba produciendo los gases bajo la supervisión de un joven Humphry Davy , a quien se animó a experimentar con nuevos gases para que los pacientes los inhalaran. ^[22] El primer trabajo importante de Davy fue el examen del óxido nitroso y la publicación de sus resultados en el libro: Investigaciones químicas y filosóficas (1800) . En esa publicación, Davy señala el efecto analgésico del óxido nitroso en la página 465 y su potencial para ser utilizado para operaciones quirúrgicas en la página 556. ^[89] Davy acuñó el nombre "gas hilarante" para el óxido nitroso. ^[90]

A pesar del descubrimiento de Davy de que la inhalación de óxido nitroso podía aliviar el dolor de una persona consciente, pasaron otros 44 años antes de que los médicos intentaran usarlo como anestesia . El uso de óxido nitroso como droga recreativa en las "fiestas del gas de la risa", organizadas principalmente para la clase alta británica , se convirtió en un éxito inmediato a partir de 1799. Si bien los efectos del gas generalmente hacen que el usuario parezca estuporoso, soñador y sedado, algunos la gente también "se ríe" en un estado de euforia y, con frecuencia, estalla en carcajadas. ^[91]

Uno de los primeros productores comerciales de Estados Unidos fue George Poe , primo del poeta Edgar Allan Poe , quien también fue el primero en licuar el gas. ^[92]

Uso anestésico

Más información: óxido nitroso (medicación)

La primera vez que se utilizó óxido nitroso como fármaco anestésico en el tratamiento de un paciente fue cuando el dentista Horace Wells , con la ayuda de Gardner Quincy Colton y John Mankey Riggs , demostró insensibilidad al dolor de una extracción dental el 11 de diciembre de 1844. ^[93] En las semanas siguientes, Wells trató a los primeros 12 a 15 pacientes con óxido nitroso en Hartford, Connecticut y, según su propio registro, solo fracasó en dos casos. ^[94] A pesar de que Wells informó a la sociedad médica de Boston de estos resultados convincentesen diciembre de 1844, este nuevo método no fue adoptado inmediatamente por otros dentistas. Lo más probable es que Wells, en enero de 1845, en su primera demostración pública ante la facultad de medicina de Boston, no hubiera tenido éxito en parte, lo que dejó a sus colegas en duda con respecto a su eficacia y seguridad. ^[95] El método no se generalizó hasta 1863, cuando Gardner Quincy Colton comenzó a usarlo con éxito en todas sus clínicas de la "Asociación Dental Colton", que acababa de establecer en New Haven y la ciudad de Nueva York . ^[22] Durante los siguientes tres años, Colton y sus asociados administraron con éxito óxido nitroso a más de 25.000 pacientes. ^[23]Hoy en día, el óxido nitroso se utiliza en odontología como ansiolítico , como complemento del anestésico local .

Sin embargo, no se encontró que el óxido nitroso sea un anestésico lo suficientemente fuerte para su uso en cirugía mayor en entornos hospitalarios. En cambio, el éter dietílico , que es un anestésico más fuerte y potente, fue demostrado y aceptado para su uso en octubre de 1846, junto con el cloroformo en 1847. ^[22] Cuando Joseph Thomas Clover inventó el "inhalador de éter de gas" en 1876, sin embargo, se convirtió en una práctica común en los hospitales para iniciar todos los tratamientos anestésicos con un flujo leve de óxido nitroso y luego aumentar gradualmente la anestesiacon el éter o cloroformo más fuerte. El inhalador de gas-éter de Clover fue diseñado para suministrar al paciente óxido nitroso y éter al mismo tiempo, con la mezcla exacta controlada por el operador del dispositivo. Permaneció en uso por muchos hospitales hasta la década de 1930. ^[23] Aunque los hospitales hoy en día utilizan una máquina de anestesia más avanzada , estas máquinas todavía utilizan el mismo principio lanzado con el inhalador de éter de gas de Clover, para iniciar la anestesia con óxido nitroso, antes de la administración de un anestésico más potente.

Como medicamento patentado

Popularización de Colton del óxido nitroso dado lugar a su adopción por un número menor de renombre quacksalvers , que promociona como una cura para el consumo , la escrófula , catarros y otras enfermedades de la sangre, garganta y pulmones. El tratamiento con óxido nitroso fue administrado y autorizado como medicamento patentado por CL Blood y Jerome Harris en Boston y Charles E. Barney de Chicago. ^{[96] [97]}

Producción

Se publica la revisión de varios métodos de producción de óxido nitroso. ^[98]

Métodos industriales

Producción de óxido nitroso

El óxido nitroso se prepara a escala industrial mediante el calentamiento cuidadoso del nitrato de amonio ^[98] a aproximadamente 250 C, que se descompone en óxido nitroso y vapor de agua. ^[99]

NUEVA HAMPSHIRE
₄NO
₃→ 2 H
₂O + N
₂O

La adición de varias sales de fosfato favorece la formación de un gas más puro a temperaturas ligeramente más bajas. Esta reacción puede ser difícil de controlar y provocar la detonación . ^[100]

Métodos de laboratorio

La descomposición del nitrato de amonio también es un método de laboratorio común para preparar el gas. De manera equivalente, se puede obtener calentando una mezcla de nitrato de sodio y sulfato de amonio : ^[101]

2 NaNO
₃+ ( NH
₄) ₂ ASÍ
₄→ Na
₂ASI QUE
₄+ 2 N
₂O + 4 H
₂O

Otro método implica la reacción de urea, ácido nítrico y ácido sulfúrico: ^[102]

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

Se ha informado de la oxidación directa del amoniaco con un catalizador de dióxido de manganeso - óxido de bismuto : ^[103] cf. Proceso de Ostwald .

2 NH
₃+ 2 O
₂→ N
₂O + 3 H
₂O

El cloruro de hidroxilamonio reacciona con el nitrito de sodio para dar óxido nitroso. Si el nitrito se agrega a la solución de hidroxilamina, el único subproducto que queda es agua salada. Sin embargo, si la solución de hidroxilamina se agrega a la solución de nitrito (el nitrito está en exceso), también se forman óxidos de nitrógeno superiores tóxicos:

NUEVA HAMPSHIRE
₃OH Cl + NaNO
₂→ N
₂O + NaCl + 2 H
₂O

Tratamiento de HNO
₃con SnCl
₂ y HCl también se ha demostrado:

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

El ácido hiponitroso se descompone en N ₂ O y agua con una vida media de 16 días a 25 ° C a pH 1-3. ^[104]

H ₂ N ₂ O ₂ → H ₂ O + N ₂ O

Ocurrencia atmosférica

Concentración atmosférica de óxido nitroso desde 1978.

Tasa de crecimiento anual de óxido nitroso atmosférico desde 2000.

El óxido nitroso es un componente menor de la atmósfera terrestre y es una parte activa del ciclo planetario del nitrógeno . Según el análisis de muestras de aire recolectadas en sitios de todo el mundo, su concentración superó los 330  ppb en 2017. ^[5] La tasa de crecimiento de aproximadamente 1 ppb por año también se ha acelerado durante las últimas décadas. ^[6] La abundancia atmosférica del óxido nitroso ha crecido más del 20% desde un nivel base de aproximadamente 270 ppb en el año 1750. ^[105]

Propiedades atmosféricas importantes del N
₂O se resumen en la siguiente tabla:

Propiedad	Valor
Potencial de agotamiento de la capa de ozono (ODP)	0,17 [106] ( CCl 3 F = 1)
Potencial de calentamiento global (GWP: 100 años)	265 [107] ( CO 2 = 1)
Vida útil atmosférica	121 [107] años

En octubre de 2020, los científicos publicaron una cuantificación completa de N global
₂O fuentes y sumideros. Informan que las emisiones inducidas por el hombre aumentaron en un 30% durante las últimas cuatro décadas y son la principal causa del aumento de la concentración atmosférica. El crecimiento reciente ha superado algunos de los escenarios de emisiones proyectados más altos. ^{[8] [11]}

Presupuesto de óxido nitroso de la Tierra del Global Carbon Project (2020). ^[108]

Emisiones por fuente

En 2010, se estimó que alrededor de 29,5 millones de toneladas de N
₂O (que contiene 18,8 millones de toneladas de nitrógeno) entraba en la atmósfera cada año; de los cuales el 64% fueron naturales y el 36% debido a la actividad humana. ^{[109] [110]}

La mayoría de los N
₂El O emitido a la atmósfera, de fuentes naturales y antropogénicas, es producido por microorganismos como bacterias y hongos en suelos y océanos. ^[111] Los suelos con vegetación natural son una fuente importante de óxido nitroso, que representan el 60% de todas las emisiones producidas naturalmente. Otras fuentes naturales incluyen los océanos (35%) y las reacciones químicas atmosféricas (5%). ^[109]

Un estudio de 2019 mostró que las emisiones del deshielo del permafrost son 12 veces más altas de lo que se suponía anteriormente. ^[112]

Los principales componentes de las emisiones antropogénicas son suelos agrícolas fertilizados y estiércol de ganado (42%), escorrentía y lixiviación de fertilizantes (25%), quema de biomasa (10%), combustión de combustibles fósiles y procesos industriales (10%), degradación biológica de otros emisiones atmosféricas que contienen nitrógeno (9%) y aguas residuales humanas (5%). ^{[113] [114] [115] [116] [117] La} agricultura mejora la producción de óxido nitroso mediante el cultivo del suelo, el uso de fertilizantes nitrogenados y la manipulación de desechos animales. ^[118] Estas actividades estimulan a las bacterias naturales para que produzcan más óxido nitroso. Las emisiones de óxido nitroso del suelo pueden ser difíciles de medir, ya que varían notablemente con el tiempo y el espacio.^[119] y la mayoría de las emisiones de un año pueden ocurrir cuando las condiciones son favorables durante "momentos calientes" ^{[120] [121]} y / o en lugares favorables conocidos como "puntos críticos". ^[122]

Entre las emisiones industriales, la producción de ácido nítrico y ácido adípico son las mayores fuentes de emisiones de óxido nitroso. Las emisiones de ácido adípico surgen específicamente de la degradación del intermedio de ácido nitrólico derivado de la nitración de ciclohexanona. ^{[113] [123] [124]}

Procesos biológicos

Los procesos naturales que generan óxido nitroso pueden clasificarse como nitrificación y desnitrificación . Específicamente, incluyen:

• nitrificación autótrofa aeróbica, la oxidación gradual del amoníaco ( NH
  ₃) a nitrito ( NO^-
  ₂) y al nitrato ( NO^-
  ₃)
• desnitrificación anaeróbica heterotrófica, la reducción escalonada de NO^-
  ₃a NO^-
  ₂, óxido nítrico (NO), N
  ₂O y finalmente N
  ₂, donde las bacterias anaerobias facultativas usan NO^-
  ₃como aceptor de electrones en la respiración de material orgánico en condiciones de oxígeno insuficiente ( O
  ₂)
• desnitrificación del nitrificante, que se lleva a cabo mediante NH autótrofo
  ₃bacterias oxidantes y la vía por la cual el amoníaco ( NH
  ₃) se oxida a nitrito ( NO^-
  ₂), seguido de la reducción de NO^-
  ₂a óxido nítrico (NO), N
  ₂O y nitrógeno molecular ( N
  ₂)
• nitrificación heterotrófica
• desnitrificación aeróbica por los mismos nitrificantes heterotróficos
• desnitrificación de hongos
• quimiodenitrificación no biológica

Estos procesos se ven afectados por las propiedades físicas y químicas del suelo, como la disponibilidad de nitrógeno mineral y materia orgánica , la acidez y el tipo de suelo, así como por factores relacionados con el clima, como la temperatura del suelo y el contenido de agua.

La emisión del gas a la atmósfera está muy limitada por su consumo en el interior de las células, mediante un proceso catalizado por la enzima óxido nitroso reductasa . ^[125]

Impacto ambiental

Efecto invernadero

Tendencias en la abundancia atmosférica de gases de efecto invernadero de larga duración

El óxido nitroso tiene un importante potencial de calentamiento global como gas de efecto invernadero . Por molécula, considerado durante un período de 100 años, el óxido nitroso tiene 265 veces la capacidad de atrapar el calor atmosférico del dióxido de carbono ( CO
₂). ^[107] Sin embargo, debido a su baja concentración (menos de 1 / 1.000 de la de CO
₂), su contribución al efecto invernadero es menos de un tercio de la del dióxido de carbono, y también menor que el vapor de agua y el metano . ^[126] Por otro lado, dado que el 38% o más del N
₂O la entrada a la atmósfera es el resultado de la actividad humana, ^{[113] el} control del óxido nitroso se considera parte de los esfuerzos para frenar las emisiones de gases de efecto invernadero. ^[127]

Un estudio de 2008 realizado por el premio Nobel Paul Crutzen sugiere que la cantidad de óxido nitroso liberado atribuible a los fertilizantes de nitrato agrícolas se ha subestimado seriamente, la mayoría de los cuales presumiblemente entrarían en el suelo y la liberación oceánica en los datos de la Agencia de Protección Ambiental . ^[128]

El óxido nitroso se libera a la atmósfera a través de la agricultura, cuando los agricultores agregan fertilizantes a base de nitrógeno a los campos, mediante la descomposición del estiércol animal. Aproximadamente el 79 por ciento de todo el óxido nitroso liberado en los Estados Unidos provino de la fertilización con nitrógeno. El óxido nitroso también se libera como subproducto de la quema de combustibles fósiles, aunque la cantidad liberada depende del combustible que se haya utilizado. También se emite mediante la fabricación de ácido nítrico , que se utiliza en la síntesis de fertilizantes nitrogenados. La producción de ácido adípico , un precursor del nailon y otras fibras sintéticas de la ropa, también libera óxido nitroso. La cantidad total de óxido nitroso liberado que es de origen humano es aproximadamente el 40 por ciento. ^[129]

Agotamiento de la capa de ozono

El óxido nitroso también se ha relacionado con el adelgazamiento de la capa de ozono . Un estudio de 2009 sugirió que N
₂La emisión de O fue la emisión más importante que agota la capa de ozono y se esperaba que siguiera siendo la más grande a lo largo del siglo XXI. ^{[7] [130]}

Legalidad

En los Estados Unidos , la posesión de óxido nitroso es legal según la ley federal y no está sujeta al ámbito de la DEA . ^[131] Sin embargo, está regulado por la Administración de Alimentos y Medicamentos en virtud de la Ley de Alimentos, Medicamentos y Cosméticos; el enjuiciamiento es posible en virtud de sus cláusulas de "etiquetado erróneo", que prohíben la venta o distribución de óxido nitroso para el consumo humano . Muchos estados tienen leyes que regulan la posesión, venta y distribución de óxido nitroso. Tales leyes generalmente prohíben la distribución a menores o limitan la cantidad de óxido nitroso que se puede vender sin una licencia especial. ^{[ cita requerida ]}Por ejemplo, en el estado de California, la posesión para uso recreativo está prohibida y califica como un delito menor. ^[132]

En agosto de 2015, el Consejo del distrito londinense de Lambeth ( Reino Unido ) prohibió el uso de la droga con fines recreativos, lo que hizo que los infractores fueran sujetos a una multa in situ de hasta 1.000 libras esterlinas. ^[133]

En Nueva Zelanda , el Ministerio de Salud advirtió que el óxido nitroso es un medicamento recetado y que su venta o posesión sin receta es un delito en virtud de la Ley de Medicamentos. ^[134] Esta declaración aparentemente prohibiría todos los usos no medicinales del óxido nitroso, aunque se da a entender que solo el uso recreativo será dirigido legalmente.

En India , la transferencia de óxido nitroso de cilindros a granel a tanques de tipo E más pequeños y transportables con capacidad de 1.590 litros ^[135] es legal cuando el uso previsto del gas es para anestesia médica.

Ver también

• DayCent
• Efecto Fink
• Mezcla de combustible de óxido nitroso

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Enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con el óxido nitroso .

• Directrices de salud y seguridad ocupacional para el óxido nitroso
• Paul Crutzen Interview Video Freeview de Paul Crutzen Premio Nobel por su trabajo sobre la descomposición del ozono hablando con Harry Kroto Premio Nobel por Vega Science Trust.
• Inventario Nacional de Contaminantes - Hoja informativa del óxido de nitrógeno
• Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional - Óxido nitroso
• CDC - Guía de bolsillo de NIOSH sobre peligros químicos - Óxido nitroso
• Preguntas frecuentes sobre el óxido nitroso
• Artículo de Erowid sobre óxido nitroso
• Óxido nitroso señalado como un monstruo asesino de ozono , Science News
• Artículo de Dental Fear Central sobre el uso de óxido nitroso en odontología
• Base de datos de estados alterados