Distickstoffmonoxid

SI-Einheiten wurden, wo möglich, verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, wurden Normbedingungen benutzt.

Strukturformel		-	Lachgas.png		-	Allgemeines		-	Name	Distickstoffoxid	-	Summenformel	N₂O	-	Andere Namen	Lachgas, Distickstoffmonoxid, Stickoxydul, E 942	-	Kurzbeschreibung	farbloses Gas	-	CAS-Nummer	10024-97-2	-	Sicherheitshinweise
		-	R- und S-Sätze	R: 8 S: 9-17	-	Handhabung	Kein Öl oder Fett benutzen. Eindringen von Wasser in den Gasbehälter verhindern. Von Zündquellen fernhalten.	-	Lagerung	Behälter bei weniger als 50°C an einem gut gelüfteten Ort lagern.	-	MAK	100 ml/m³	-	Physikalische Eigenschaften		-	Aggregatzustand	gasförmig	-	Farbe	farblos	-	Dichte	1,85 kg/m³	-	Molmasse	44,01 g/mol	-	Schmelzpunkt	-90,86 °C	-	Siedepunkt	-88,48 °C	-	Dampfdruck	5080 kPa bei 20 °C	-	Weitere Eigenschaften		-	Löslichkeit	1,305 l/l Wasser bei 0 °C 0,596 l/l Wasser bei 25 °C	-	Gut löslich in	Wasser	-	Schlecht löslich in	Lösungsmittel	-	Unlöslich in	Lösungsmittel	-	Thermodynamik		-	Δ_fH⁰_g	82,05 kJ/mol	-	Δ_fH⁰_l	in kJ/mol	-	Δ_fH⁰_s	in kJ/mol	-	S⁰_{g, 1 bar}	219,96 J/(mol · K)	-	S⁰_{l, 1 bar}	in J/(mol · K)	-	S⁰_s	in J/(mol · K)	-

Distickstoffmonoxid ist ein farbloses Gas. Lachgas ist der bekannte Trivialname für Distickstoffoxid, welches zur Unterscheidung von anderen Stickoxiden auch Distickstoffmonoxid genannt wird. Die chemische Summenformel für das Gas ist N₂O. In älterer Literatur wird Distickstoffoxid auch als Stickoxydul beziehungsweise Stickoxidul bezeichnet.

Geschichte

Die besonderen medizinischen Eigenschaften entdeckte der Chemiker Humphry Davy 1799 durch Selbstversuche. Der erste Zahnarzt, der Lachgas als Narkosemittel verwendete, war Horace Wells in Hartford, Connecticut. Er setzte das Gas ab dem Jahr 1844 bei Zahnextraktionen ein, nachdem er dessen schmerzstillende Wirkung zufällig bei einer Vergnügungsanwendung beobachtet hatte, wie sie damals auf Jahrmärkten üblich war.

Herstellung und Vorkommen

Die Herstellung erfolgt durch kontrollierte thermische Zersetzung von Ammoniumnitrat NH₄NO₃ oder durch Reaktion von Ammoniak mit Salpetersäure.

NH₃ + HNO₃ --> N₂O + 2 H₂O

Lachgas wird nicht nur direkt vom Menschen freigesetzt, sondern auch indirekt durch intensive Landwirtschaft. Wenn im Boden Sauerstoffmangel herrscht, wird Stickstoffdünger in Lachgas umgewandelt.

Neuere Untersuchungen haben auch gezeigt, dass auch Maßnahmen zur Senkung der Stickoxidemissionen aus Verbrennungsprozessen zu einer zum Teil erheblichen Zunahme der Lachgasemissionen führen. Zum Beispiel findet man bei Kraftwerken mit zirkulierender Wirbelschichtfeuerung, die verfahrensbedingt geringe Stickoxidemissionen aufweisen, sehr große Lachgasemissionen. Ähnliches gilt bei Kraftfahrzeugen mit geregeltem Dreiwegekatalysator, über deren Auswirkungen auf das globale N₂O-Budget noch Unsicherheit besteht. Da der Anteil der Katalysatorfahrzeuge aber weltweit weiterhin ansteigen wird, kann auch in den nächsten Jahren beim Einsatz der heutigen Dreiwegekatalysatoren mit einem deutlichen Anstieg der Kfz-bedingten N₂O-Emissionen gerechnet werden.

Eigenschaften

Lachgas ist nicht brennbar, kann aber andere Stoffe oxidieren. Daher wirkt es brandfördernd. Es ist recht gut in Wasser löslich.

N₂O ist ein Treibhausgas. Durch sein Absorptionsspektrum trägt es dazu bei, ein sonst zum Weltall hin offenes Strahlungsfenster zu schließen. Mit einer mittleren atmosphärischen Verweilzeit von 100 Jahren und einem relativ hohen molekularen Treibhauspotenzial ist es ein klimarelevantes Gas. Sein Beitrag zum anthropogenen Treibhauseffekt beträgt heute etwa 5 %.

N₂O trägt zum Ozonabbau bei: Die UV-induzierte Spaltung von Ozon in ein freies Sauerstoffatom und ein Molekül O₂ führt in der unteren Stratosphäre zu einer Reihe von chemischen Prozessen, in denen Methan, Wasserdampf, molekularer Wasserstoff und Stickoxide oxidiert werden. Dabei gehen die Stickoxide vom N₂O zunächst in Stickstoffmonoxid NO, dann Stickstoffdioxid NO₂ über. Wasser geht über in die Radikale OH und OH₂ (Hydroxyl). Für die Wasserstoffverbindungen endet hier die Oxidationskette, während sie für die Stickstoffverbindungen noch weitergehen kann zum NO₃ und N₂O₅.

Lachgas setzt sich in der Stratosphäre mit dem dort vorhandenen Ozon zu Stickstoffoxid um und trägt so zum Ozonabbau bei:

N₂O + O₃ --> 2NO + O₂
NO + O₃ --> NO₂ + O₂

Lachgas ist als Lebensmittelzusatzstoff unter der Bezeichnung E 942 als Treibgas, beispielsweise für Schlagsahne, zugelassen.

Physiologie

Das Gas riecht leicht süßlich. Beim Einatmen wirkt es stark schmerzstillend und schwach narkotisch. Analgetische Effekte treten ab einer Konzentration von etwa 20 Prozent Distickstoffoxid in der Atemluft auf. Der Name Lachgas rührt von der starken Euphorie her, die beim Einatmen entstehen kann, sodass der Konsument oft lacht. Durch andauernden Konsum lässt dieser Effekt nach. Es können Halluzinationen oder Farbveränderungen auftreten. Es reagiert im Körper im Prinzip nicht, wahrscheinlich oxidiert es aber das Vitamin B12. Die Wirkung von Lachgas ist nur kurz, bereits nach ungefähr fünfzehn Minuten sind keine Wirkungen mehr wahrnehmbar. Lachgaskonsum führt bei vielen Menschen zu einer verstärkten Wahrnehmung akustischer Reize.

Verwendung

In der Medizin wird Lachgas als analgetisch (gegen den Schmerz) wirkendes Gas zu Narkosezwecken benutzt. Es ist das älteste und eines der nebenwirkungsärmsten Narkosemittel überhaupt. Um eine wirkungsvolle Konzentration von 70% zu erreichen, muss es zusammen mit reinem Sauerstoff gegeben werden. In der modernen Anästhesie wird die Wirkung des Lachgases durch Zugabe von anderen Narkosemitteln optimiert. Der medizinische Gebrauch von Lachgas als Narkosemittel ist in den letzten Jahren rückläufig.

In der Nahrungsmitteltechnik wird Lachgas aufgrund seiner sterilisierenden Wirkung als Treibgas benutzt, vorzugsweise für Milchprodukte, z.B. zum Aufschäumen (statt Schlagen) von Schlagsahne (Schlagobers).

In der Drogenszene findet Lachgas wegen seiner halluzinogenen Wirkung und der leichten Verfügbarkeit (Druckgaskapseln für Schlagsahne) missbräuchliche Verwendung. Das Gas wird in der Regel mithilfe eines sogenannten Kapslers in Luftballons abgefüllt und aus diesen konsumiert. Der Rausch dauert circa 30 Sekunden bis 3 Minuten an, dessen Wirkung mit starker Euphorie, Kribbeln in den Gliedmaßen und traumartigen Halluzinationen beschrieben wird. Durch Sauerstoffmangel drohen akute Nebenwirkungen wie Bewusstlosigkeit und Atemstillstand. Bei dauerhaftem Konsum besteht wahrscheinlich die Gefahr von Nervenschäden infolge Vitamin-B12-Mangels.

In der Antriebstechnik, etwa bei PKWs, wird Distickstoffoxid (kurz Nitro) zur Ankurbelung des Verbrennungsprozesses in Ottomotoren verwendet, da es mehr Sauerstoff enthält als Luft. Diese sogenannte Lachgaseinspritzung bedarf keiner konstruktiven Änderungen am Motor und kann seine Leistung kurzfristig zwischen 20 und 50% steigern. Das Nitro wird dabei aus Druckbehältern in den Ansaugtrakt geblasen. Dieses Tuning ist vor allem in den USA verbreitet, dort sowie in Deutschland und den meisten anderen Ländern jedoch im Straßenverkehr verboten. Die bekanntesten Hersteller von Lachgaseinspritzungen sind NOS, NX und Venom.

In der Raketentechnik wird Lachgas, etwa in Hybridraketen wie dem SpaceShipOne, als Oxidator eingesetzt. Es hat hier den Vorteil, ohne Kühlung bereits unter Druck flüssig zu werden. Daher benötigt man für den Einsatz in solchen Triebwerken nur ein Drosselventil, jedoch keine Kraftstoffpumpe oder aufwändige Kryotechnik.

Gefahren

Bei der Verwendung von großen Gasflaschen in engen, geschlossenen Räumen besteht geringe Erstickungsgefahr. Lachgas ist brandfördernd (Vergleiche: Glimmspanprobe). Daher dürfen bei Verwendung von Lachgas keine offenen Flammen vorhanden sein. Lachgas kann Asthma-Anfälle auslösen. Besondere Gefahren beim Missbrauch als Droge: Falls Lachgas direkt aus Kapseln oder Gasflaschen eingeatmet wird, können die Lippen festfrieren, da aufgrund der Entspannung des unter Druck stehenden Gases eine Abkühlung stattfindet. Zudem können Lachgaskapseln mit Kohlenstoffdioxid-Kapseln (CO₂) verwechselt werden. Bei einer solchen Verwechslung besteht akute Erstickungsgefahr. Um nicht dem Erstickungstod zu erliegen, muss ständige Sauerstoffzufuhr gewährleistet sein.

Rettungsmaßnahmen

Wichtigste Maßnahme ist Frischluft. Da das Gas schnell wieder aus dem Körper gelangt, finden Rettungsdienste meist keine akuten Vergiftungerscheinungen vor. Die Patienten sind mit Sauerstoff zu beatmen.

Weblinks

Chemische Verbindung | Narkotikum | Halluzinogen

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