一氧化二氮

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一氧化二氮
IUPAC名
Dinitrogen monoxide
别名 笑气,氧化亚氮
识别
CAS号 10024-97-2
PubChem 948
SMILES
InChI
ChEBI 17045
RTECS QX1350000
KEGG D00102
ATC代码 N01AX13
性质
化学式 N2O
摩尔质量 44.0128 g·mol⁻¹
外观 无色气体
密度 1.2228 g/cm3(液态)
1.8 g/L(气态,标准状态)
熔点 -90.86 °C (182.29 K)
沸点 -88.48 °C (184.67 K)
溶解性 0.15 g/100 ml (15 °C)
溶解性 易溶于乙醇硫酸
log P 0.35
蒸气压 5150 kPa (20 °C)
结构
分子构型 直线型
偶极矩 0.166D
热力学
ΔfHmo298K +82.05
药理学
消除半衰期 5 分钟
妊娠分类 C
危险性
警示术语 R:R8
安全术语 S:S38
欧盟编号 氧化剂 [O]
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
2
0
OX
相关物质
相关化学品 一氧化氮二氧化氮三氧化二氮四氧化二氮五氧化二氮硝酸亚硝酸
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

一氧化二氮Nitrous oxide),无色有甜味气体,又称笑气,是一种氧化剂,化学式N2O,在一定条件下能支持燃烧,但在室温下稳定,有轻微麻醉作用,其麻醉作用于1799年英国化学家汉弗莱·戴维发现。该气体早期被用于牙科手术的麻醉,现用在外科手术和牙科其麻醉和镇痛作用。“笑气”的名称是由于吸入它会感到欣快,并能致人发笑。一氧化二氮能溶于乙醇乙醚及浓硫酸。它也可以用来作为火箭赛车氧化剂,以及增加发动机的输出功率。需要注意的是,一氧化二氮是一种强大的温室气体,它的效果是二氧化碳的296倍。

结构

一氧化二氮的分子是直线型结构。其中一个原子与另一个原子相连,而第二个原子又与原子相连。它可以被认为是

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共振杂化体。 注意不要将一氧化二氮和其他的氮氧化物混淆,比如二氧化氮NO2一氧化氮NO。 将一氧化二氮与沸腾汽化的碱金属反应可以生成一系列的亚硝酸盐,在高温下,一氧化二氮也可以氧化有机物

历史

这种气体是约瑟夫·普利斯特里1772年发现的。汉弗莱·戴维自己和他的朋友,包括诗人柯尔律治罗伯特·骚塞16世纪90年代试验了这种气体。他们发现一氧化二氮能使病人丧失痛觉,而且吸入后仍然可以保持意识,不会神志不清。不久后笑气就被当作麻醉剂使用,尤其在牙医师领域。因为通常牙医师无专职的麻醉师,而诊疗过程中常需要病患保持清醒,并能依命令做出口腔反应,故在此气体给牙医师带来极大的便利。

生成

方法1:小心加热硝酸铵可以生成一氧化二氮和水。

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这个反应需要控制温度于170-240 °C之间。快速加热或加热温度过高时,硝酸铵可能会爆炸性分解为氮气氧气和水,从而造成危险。硝酸铵为农业肥料的成分之一,会慢慢的分解,产生一氧化二氮,而释放到大气中。

方法2:用锌(或其他金属)和适当浓度的稀硝酸反应可生成硝酸盐、一氧化二氮和水。

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太浓的硝酸会产生NO2气体或是NO气体,所以此反应需要控制硝酸的浓度。

应用

增加车辆速度

使用氮氧加速系统的改装车辆将一氧化二氮送入引擎,遇热分解成氮气氧气,提高引擎燃烧率,增加速度。氧气有助燃作用,加快燃料燃烧。

火箭氧化剂

一氧化二氮可以用作火箭氧化剂。这比其他氧化剂优势化处是因为它是无毒的,在室温下稳定,易于储存和相对安全地进行飞行。第二个好处是可以很容易分解成呼吸的空气

用作麻醉剂

医生会让病人吸入一氧化二氮和氧气,以降低对疼痛的感觉,同时让病人在清醒状态。

安全性

人可能因为在吸入笑气时氧气过少而引起突然的窒息。暴露于笑气中会短时间导致智力,视听能力,手的灵活度降低。长期接触可引起维生素B缺乏症,肌肉麻痹等。

一氧化二氮的主要安全隐患在于,它是一种有分解性的麻醉剂,而且通常以加压液化的形式储存。在正常储存时,它是很稳定的,使用起来也很安全。但是如果错误地使用,它会很容易分解而且很有可能爆炸。液态的一氧化二氮是有机物的良好溶剂,不过用它制成溶液有可能会生成一些对外界刺激敏感的爆炸性物质。一部分火箭事故由于一氧化二氮被燃料污染而发生,少量的一氧化二氮和燃料的混合物发生爆炸,随即引起剩余一氧化二氮的爆炸性分解。

经常吸入一氧化二氮,被证明会产生神经毒性,损害脑部

一氧化二氮与环境

氮氧化物,当然也包括一氧化二氮,是一类温室气体。因此,氮氧化物是控制温室气体排放时(比如京都议定书)的主要对象。一氧化二氮本身是排在二氧化碳甲烷之后的第三大温室气体。它所能造成的温室效应的效果是二氧化碳的296倍(英文版维基中此数字为[298倍]、日语版维基中此数字为[310倍])。

在自然条件下,一氧化二氮主要从土壤和海洋中排出。人类耕作、生产、使用氮肥、生产尼龙还有燃烧化石燃料和其他有机物的过程增加了一氧化二氮的排放量。

一氧化二氮加速历史

是一种助燃剂,最初是用在帮助二战时德军飞机迅速逃离战场,现今用于改装汽车上,用于直线加速

N2O,俗称氮氧加速,在电影《速度与激情》1—6中主角多次使用,著名系列游戏《极品飞车》和《Asphalt》中就有氮氧加速。 氮气加速系统是由美国HOLLEY公司开发的产品。在目前世界直线加速赛中,为了在瞬间提高发动机功率,利用的液态氮氧化物系统正是NOS,其实,早在二次世界大战期间德国空军已开始使用NOS,战争结束后才逐渐被用于民用汽车的直线加速赛事中。 NOS的工作原理是把N2O(一氧化二氮,俗称笑气)形成高压的液态后装入钢瓶中,然后在发动机内与空气一道充当助燃剂与燃料混合燃烧(N2O可放出氧气和氮气,其中氧气就是关键的助燃气体,而氮气又可协助降温),以此增加燃料燃烧的完整度,提升动力。 由于NOS提供了额外的助燃氧气,所以安装NOS后还要相应增加喷油量与之配合。正所谓“要想马儿跑得快,就要马儿多吃草”,燃料就是发动机的草,这样发动机 的动力才得到进一步的提升。 NOS与涡轮增压和机械增增压一样,都是为了增加混合气中的氧气含量,提升燃烧效率从而增加功率输出,不同的是NOS是直接利用氧化物,而增压则是通过外力增加空气密度来达到目的的。也许有人会问为什么不直接使用氧气而用N2O呢?那是因为用氧气难以控制发动机的稳定性(高温和爆发力)。 储存N2O的专用储气罐净重约6.7kg,充满N2O后约11kg。按照每次使用1min来算(专家建议NOS系统每次使用时间不可超过1min,一瓶气右用3538次。 根据一辆夏利2000的实际升级情况,其1.342L的8A发动机加装NOS后,其0~100km/h加速时间减少了23%,而功率提升了21kw。

氮气加速系统 NOS全称NITROUS OXIDE SYSTEM,即氮气加速系统。是由美国HOLLEY公司开发生产的产品。在目前的世界直线加速赛(DRAG RACING)中,为了在瞬间提高大比率马力,利用的液态氮氧化物系统正是NOS。其实,早在二次世界大战中德国空军已开始使用NOS,战争结束后才逐渐被用于直线加速赛。 NOS的工作原理是把二氧化氮(N2O),即俗称的笑气(LAUGH GAS)高压形成液态后装入钢瓶中,然后在引擎内与空气一道充当助燃剂与燃料混合燃烧(其可放出氧气和氮气,其中氧气就是关键的助燃气体,而氮气又可协助降温),以此增加燃料燃烧的完整度,提升马力。由于NOS提供了额外的助燃能力(氧气量大)所以安装NOS后还要对应增加燃油喷量与之配合,"要想马儿跑,就要马儿多吃草。"燃料就是引擎的草,引擎的动力也因此得到进一步的提升。NOS与涡轮增压、机械增压一样,都是为了增加引擎混合气中的氧气含量而提升燃烧效率增加马力,不同的是NOS是直接利用氧化物,而后两者则是通过外力增加空气密度来达到目的。也许有人会问为什么不直接使用氧气而用一氧化二氮呢?那是因为用氧气难以控制引擎的稳定性(高温和爆炸力),所以极少直接使用氧气。 改装店建议NOS系统每次使用时间不可超过1分钟,但其实按照系统开关要尽油门才开启来看,一般也就几秒的使用时间就可令转速超6000而令电脑自动断油。

氮气增压就是一般所谓的NOS,而NOS则是由"NitrousOxide System",缩写而来,不过NOS究竟是什么呢?简单的说,就是一种将一氧化二氮(N20)强制灌入引擎中的系统。要使引擎产生更大的动力,就要让引擎吸入更多空气,并且搭配上适当比例的燃油,借此产生更高的油气爆发效率,turbo或Super Charger这一类增压系统,即是用增压器来将空气压缩后送入引擎,才得以在排气量不变的情况下,令引擎产生更大的动力。NOS改装的基本原理也是如此,只不过NOS的结构上简单许多,而且NOS并非只是单纯的压缩空气,而是透过前面提到的一氧化二氮令引擎发挥更大效率。

为何将一氧化二氮送入引擎就能提升动力?一氧化二氮受热之后会分解成两个氮分子,以及一个氧分子,其中的氧分子就可以增加混合气中氧分子的浓度,令混合器的爆炸压力更为强大。一氧化二氮又称为氧化亚氮,坊间则是有不少人习惯以笑气,称之,这是因为一氧化二氮和医学上广泛使用在麻醉用途的气体相当近似,所以笑气,这个昵称也正是由此而来.

NOS的形式

NOS是以一氧化二氮灌入引擎后提升爆发力,因此在改装NOS时至少必须包含以下几项硬体,分别是气瓶、喷嘴、电磁阀以及启动开关。

气瓶就是填充一氧化二氮的钢制容器,除了外观尺寸上的分别,亦有空重、总重以及瓶内压力等规格;喷嘴如同引擎供油系统中的喷油嘴,喷嘴口径越大,喷出的气体量就越多,对于马力的助益也相对越大;电磁阀是控制喷嘴作动的重要组件,因为NOS的喷射原理是利用瓶内压力将气体灌入引擎,因此在气瓶和喷嘴之间必须装设一个控制器,以控制气体的喷射竺否;启动开关则是提供指令让电磁阀作动的重要部品,一般大多装设在油门踏板正下方,或是节气门拉线的末端位置,不过也有利用节气门电压以感测油门开度,让驾驶者在油门全开之际一并启动NOS。

不过除了上述四项主要结构,其实在NOS系统中,除了气瓶本身的开关外,还必须另外装设一或二道安全开关,否则长时间使用NOS会导致燃烧室压力过大,温度也会急剧升高,以一般通常是将NOS视作"最后阶段",或是在"重要关头"才使用而为了使NOS在平常处于Off状太安全开关就显得格外重要。

基于安全性的考量,一般建议词最好不要连续使用超过1分钟,月引擎承受过大负荷而受损。除调外,喷嘴的装设位置和电磁阀的控制精准性也不容忽视。喷嘴的位置会影响气体流速和雾化效果,所以一般多半装设在距离节气门15—3Ocm处;电磁阀的精准性则相当重要,因为N0S必须在节气门全开的状态下喷射,如果在节气门开启角度不足或是已经关闭时继续供给,将造成一氧化二氮逆流,严重者甚至会出现回火现卜这时候流量计或空气芯就很容易损坏.

关于NOS的改装形式,基本上可以大分为"干式",与"湿式"两种,干式是指单纯喷射气体,湿式则是除了气体之外还包括了燃油,因此湿式系统所使用的喷嘴通常为"丫"字形设计,也就是将一氧化二氮与燃油同时喷入燃烧室。就改装效果来说,比干式系统更能精准控制油气混合此,因此也可以使用大流量喷嘴,马力的提升幅度也更大。

除了干式和湿式之外,依照喷嘴装设的位置,NOS还可以分成单点与多点两种喷射形式。单点所指的是喷嘴装设在节气门前方的进气管路上,国内改装店家多半是采取这种方式;多点则是由数个喷嘴所构成,位置多半是装设在进气歧管上,也就是针对每只歧管个别加装上独立的喷嘴,多点直喷式在美国Drag职业赛车上相当常见,改装效果也比起单点形式更为优异,不过由于歧管必须钻孔加工,而且作动时引擎会承受极大负荷,也更容易造成缸内部品的伤害,因此较少用在一般道路版的NOS改装上. 事实上氮气加速的效果并非很明显,起码是没有游戏和电影中那样夸张,他所带来的短时加速在竞速中基本上起不到决定性的作用,而且很危险,而且对引擎不好