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“笑气”氧化亚氮的发现与制取


实验室k / 2018-12-03

       英国化学家戴维,1778年出生于彭赞斯。因他父亲过早去世,母亲无法养活5个孩子,于是卖掉田产,开起女帽制作店来。但他们的日子还是越过越苦。戴维从小就勇于探索,他的兴趣很广泛。他在学校最喜欢的是化学,常常自己做实验。

       17岁的时候,戴维到博莱斯先生的药房当了学徒。既学医学,也学化学,除读书外,他还做些较难的化学实验,为此,人们送他一个“小化学家”的称号。

       一天,一个叫贝多斯的物理学家,登门拜访了这位“小化学家”,并邀请他到条件很好的气体研究所去工作。

       戴维欣然受聘,来到贝多斯的研究所。被所想通过研究各种气体对人体的作用,弄清哪些气体对人有益,哪些气体对人有害。

       戴维接受的第一项任务是配制氧化亚氮气体。他不负众望,很快就制出这种气体。当时,有人说这种气体对人有害,而有的人又说无害,各持己见,莫衷一是。制得的大量气体,只好装在玻璃瓶中留着备用。

       1799年4月的一天,贝多斯来到戴维的实验室,见已制出许多氧化亚氮,高兴地说:“啊,不错,你的工作令人十分满意……”贝多斯夸奖戴维的话还未说完,他一转身,不小心手把一个玻璃瓶子碰到地上打碎了。

       戴维慌忙过来一看,打碎的正是装氧化亚氮的瓶子,忙问:“手不要紧吧?”

       “没事。真对不起,我把你的劳动成果浪费了。”贝多斯边说边拣碎玻璃。

       “没什么,我正要做试验呢,想看看这种气体对人究竟会有什么影响,这样一来还省得我开瓶塞…”戴维的话还未说完,被贝多斯反常的表情弄得惊慌失措。

       “哈哈哈……”一向沉着、孤僻、严肃得几乎整天板着面孔的贝多斯,今天突然大笑起来,“戴维,哈哈哈……我的手一点儿都不疼,哈哈哈……”

       “哈哈哈……”刚才还处于惊慌的戴维也骤然大笑,“真的不疼?哈哈哈……”

       两位科学家的笑声,惊动了隔壁实验室的人。他们跑来一看,都以为他俩得了神经病。

       那么,你知道两位科学家为什么无缘无故笑得这么开心吗?

“笑气”——氧化亚氮

       原来是泄漏的氧化亚氮起了作用。氧化亚氮,又称一氧化二氮、连二次硝酸酐,俗称笑气,是一种无色有甜味气体,化学式N2O,在一定条件下能支持燃烧(同氧气,因为笑气在高温下能分解成氮气和氧气),但在室温下稳定,有轻微麻醉作用,并能致人发笑,能溶于水、乙醇、乙醚及浓硫酸。其麻醉作用于1799年由英国化学家汉弗莱·戴维发现。该气体早期被用于牙科手术的麻醉,是人类最早应用于医疗的麻醉剂之一。它可由NH4NO3在微热条件下分解产生,产物除N2O外还有一种,此反应的化学方程式为:

反应式

有关理论认为N2O与CO2分子具有相似的结构(包括电子式),其空间构型是直线型,N2O为极性分子。

       氧化亚氮的制取

       原理:硝酸铵在169.5℃熔融,在220℃分解成一氧化二氮和水。

反应式

       用品:大试管、铁架台、酒精灯、水槽、集气瓶、硝酸铵。

       操作:

       (1)在能适当加热的干燥装置中,在80~100℃的温度下,使硝酸铵充分干燥。然后用干的研钵磨碎,再在80~100℃的温度下干燥后,迅速放入瓶里加塞保存备用。

       (2)取2克上述干燥的硝酸铵,加入干燥的试管里,装配好,加热(剪短酒精灯的灯芯,使火焰不太大)后,硝酸铵熔融成液体,以后像水沸腾那样,气泡翻滚。用向上排空气法收集一氧化二氮气体。

       备注:

       (1)本实验加热的温度不宜过高。温度过高,可能分解生成氮气、一氧化氮和二氧化氮。特别是在高温下容易引起爆炸。

       (2)硝酸铵的用量控制在2克左右,以免发生爆炸。

       (3)试管口应略低于水平。这样就能避免反应生成的水跟加热部分接触,引起试管破裂。

       (4)2克硝酸铵在常温、常压下理论上能收集到610毫升一氧化二氮,但由于部分熔融硝酸铵随生成的水流去,只能收集到300毫升气体,用一只250毫升集气瓶就可以了。

       另外还可以用无水硝酸钠和无水硫酸钠混合物加热分解制得。

       一氧化二氮(N2O)是一种具有温室效应的气体,是《京都议定书》规定的6种温室气体之一。N2O在大气中的存留时间长,并可输送到平流层,同时,N2O也是导致臭氧层损耗的物质之一。

       与二氧化碳相比,虽然N2O在大气中的含量很低,但其单分子增温潜势却是二氧化碳的310倍;对全球气候的增温效应在未来将越来越显著,N2O浓度的增加,已引起科学家的极大关注。目前,对这一问题的研究,正在深入进行。


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