Лекция по химии «История одного вещества: веселящий газ» Государственное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 325 Фрунзенского района Санкт-Петербурга ПО ХИМИИ «История одного вещества: веселящий газ» Работу выполнила ученица 9 «А» Рузанова Анастасия Научный руководитель: Рогова Е. В. Научный консультант: Головко Н. В. Санкт-Петербург 2011г. Содержани е 1. Введение……………………………………………………...…....….3 2. Многоликое вещество.…………………………………….……..…..4 3. История открытия ……………………………………………..…...5-6 4. Строение молекулы……………………………………….…….….…7 5. Физические свойства………………………………………….…...…8 6. Химические свойства…………………………….………….….…….9 7. Получение…………………………………………………….…...10-11 8. Применение…………………………………………..……………12-13 9. Интересные факты……………………………………………..…14-16 10. Заключение…………………………………………………….….….17 11. Информационные источники…………………………………….…18 12. Приложение……………………………………………………….….19 Введение Веселящий газ – одно из соединений азота. Чаще всего данное вещество используется в медицине и автомобильной промышленности. Но в полной мере возможности закиси азота еще не исследованы. Эта работа может быть интересна разноплановой аудитории. Ведь каждый из нас слышал словосочетание веселящий газ, и нам кажется, что каждому бы хотелось о нем побольше узнать: физические свойства, химические. В этой ивной работе представлены различные интересные факты, например: не каждый знает, что закись азота есть в мотыле. Данной работой мы попытались приоткрыть завесу над одним из самых интересных химических соединений – веселящем газе. Цель: Проанализировать особенности, химические, физические свойства и применение веселящего газа. Задачи: 1. Проанализировать литературу и источники в интернете по данной теме. 2. Изучить историю открытия веселящего газа. 3. Исследовать виды применения закиси азота. МНОГОЛИКОЕ ВЕЩЕСТВО Существует множество названий для данного химического вещества: 1) Оксид азота (I) 2) Оксид диазота 3) Закись азота 4) Гемиоксид 5) Nitrous oxide 6) Nitrogenium oxydulatum 7) Oxydum nitrosum 8) Protoxyde d’ Azote 9) Stikoxydal 10) Dinitrogen oxide 11) N2 O 12) Laughing gas ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ Открытие веселящего газа было совершено при исследовании соленого озера Дон-Жуан а Антарктике. Концентрация соли здесь достигает 40%, это самое соленое озеро в мире. Для сравнения: в водах Мертвого моря ее содержится только 30%. Веселящий газ в Дон-Жуар образуется по мере того, как богатая нитритом соленая вода вступает в реакцию с вулканическими породами, содержащими железо. Эта простая реакция, вероятно, также происходит и во многих других подобных местах. Джой предположил, что подобная реакция может добывать газ на Марсе. Реакция, которая генерирует закиси азота имеет специфическую изотопную подпись. «Этот метод может быть легким способом обнаружения атмосферы Красной планеты и выявления областей, под поверхностью, где происходит микробная жизнь», говорит исследователь, по данным журнала New scientist. Т ак же в музее Thackray приводится краткая история веселящего газа. Впервые закись азота синтезировал английский ученый и философ Джозеф Пристли в 1772 году, но его обезболивающие свойства открыл химик Хэмфри Дэви во время дальнейших опытов. Он же и назвал закись азота “веселящим газом”, потому что при вдыхании этого вещества не только исчезает боль, но и становится очень весело. Несмотря на потенциал веселящего газа, в медицине его начали применять не сразу, а лишь через 40 лет после опытов Дэви. Поначалу ученые собратья лишь отмахнулись от его открытия, зато веселящий газ сразу же стал гвоздем вечеринок. Такие мероприятия назывались ‘’ether frolics’’ (Эфирные посиделки) и были популярны не только в Англии, но и в США. Подышать веселящем газом за небольшую плату можно было и во время ярмарок и карнавалов – наверняка самое скучное представление сразу же казалось верхом остроумия. Выдающийся английский химик Хэмфри Дэви с помощью этого газа устраивал специальные сеансы. Вот как описывал действие закиси азота один из современников Дэви: «Одни джентльмены прыгали по столам и стульям, у других развязались языки, третьи обнаружили чрезвычайную склонность к потасовке». СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ Модель молекулы оксида азота ( I )в виде модели Стюарта–Бриглеба Электронная формула оксида азота ( I ) Молекула N2 O линейная, малополярная, ее строение описывается при помощи двух резонансных структур. Связь между атомами азота равна 0,113 нм, она сравнима с длиной тройкой связи. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Бесцветный негорючий газ, тяжелее воздуха (относительная плотность 1,527), с характерным сладковатым запахом. Раствором в воде (0,6 объема N2 O в 1 объеме воды при 25 градусов). При 0 градусов и давлении 30 атм, а также при комнатной температуре и давлении 40 атм сгущается в бесцветную жидкость. Из 1 кг жидкой закиси азота образуется 500 л газа. Не воспламеняется, но поддерживает горение. Веселящий газ единственное не ядовитое вещество из всех оксидов азота. При высоких температурах – сильный окислитель. Смеси с водородом, аммиаком или окисью углерода и некоторыми другими горючими веществами при нагреве взрываются; с водой, растворами кислот и щелочей не реагирует, кислородом не окисляется. При нагреве до 500 градусов заметно, а при 900 градусов полностью разлагается на азот и кислород (см. приложение № 1). ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Относится к несолеобразующим оксидам. Оксид азота (I) не взаимодействует с водой. В нормальных условиях N2 O химически инертен, при нагревании проявляет свойства окислителя: N2 O+H2 =N2 +H2 O 2N +1 +2e – N2 0 ок-ль (в-ся) H2 0 -2e – 2H+ в-ль (ок-ся) N2 O+C=N2 +CO 2N +1 +2e – N2 0 ок-ль (в-ся) C0 -2e – C+2 в-ль (ок-ся) При взаимодействии с сильным окислителями N2 O может проявлять свойства восстановителя: 5N2 O+8KMnO4 +7H2 SO4 =5Mn(NO3 )2 +3MnSO4 +4K2 SO4 +7H2 O 5 2N +1 -8e – 2N+5 в-ль (ок-ся) 8 Mn +7 +5e – Mn+2 ок-ль (в-ся) При нагревании выше 600 градусов N2 O разлагается со взрывом: 2N2 O=2N2 +O2 2 2N+2e – N2 ок-ль (в-ся) 2O-4e – O2 в-ль (ок-ся) При поджигании смеси оксида азота (I) и аммиака происходит взрыв: 3N2 O+2NH3 =4N2 +3H2 O 3 2N +1 +2e – N2 0 ок-ль (в-ся) 2N-3 -6e – N2 0 в-ль (ок-ся) ПОЛУЧЕНИЕ Веселящий газ получается из аммиачной селитры (нитрата аммония) при разложении. NH4 NO3 – N2 O+2H2 O N-3 -4e – N+1 в-ль (ок-ся) N+5 +4e – N+1 ок-ль (в-ся) Надо поместить небольшое количество селитры в пробирку и закрыть пробкой с газовой трубкой. Аккуратно нагреваем до температуры не более 200 градусов Цельсия и прекращаем нагрев при проявлении газа из трубки. Газ поддерживает горение и имеет приятный запах, если поместить в банку с закисью азота горящую лучину, то она будет гореть интересным ярким пламенем. Не советуется долго вдыхать данный газ, поскольку он обладает сильным действием и используется в качестве наркоза в медицине. Симптомами действия газа является головокружение, потеря ориентации, слабость. Более удобным способом является нагревание сульфаминовой кислоты с 73%-й азотной кислотой: NH2 SO2 OH+HNO3 (73%) = N2 O+H2 SO4 +H2 O Еще газ можно получить в реакции: 4Zn+10HNO3(20%) = 4Zn(NO3 )2 +N2 O+5H2 O Биологи сделали интересное открытие – в пищеварительном тракте мотыля был обнаружен веселящий газ. Дело в том, что пищеварение этих насекомых устроено так, что практически постоянно, пусть и в небольших объемах производит оксид азота. Этот факт привлек внимание ученых не только потому, что газ может влиять на нервную систему других животных, но и потому, что газ оказывает влияние на мировой климат. Теперь ученым предстоит более детально изучить, как этот факт влияет на состояние водоема, где обитает мотыль. Кроме того предстоит выяснить может ли объем газа выделяемый мотылем по всему миру влиять на процесс глобального потепления. ПРИМЕНЕНИЕ Используется в основном как средство ингаляционного наркоза, в основном в сочетании с другими препаратами (из-за недостаточно сильного обезболивающего действия). В то же время это применения почти не бывает осложнений. Также иногда используется для улучшения технических характеристик двигателей внутреннего сгорания. Закись азота иногда используется для улучшения технических характеристик двигателей внутреннего сгорания. В случае автомобильных применений вещество, содержащее закись азота, и горючее впрыскиваются во впускной (всасывающий) коллектор двигателя, что приводит к следующим результатам: - снижает температуру всасываемого в двигатель воздуха, обеспечивая плотный поступающий заряд смеси. - увеличивает содержание кислорода в поступающем заряде (воздух содержит лишь 22% кислорода по весу). - повышает скорость (интенсивность) сгорания в цилиндрах двигателя. На протяжении многих лет веселящий газ использовался в стоматологии как своеобразная замена анестезии – снимал у пациентов страх перед зубным врачом. В 2002 году на спецсредство обратили внимание в Пентагоне: был сделан заказ на опытную разработку боеприпасов, парализующих противника приступом смеха. В пищевой промышленности соединение зарегистрировано в качестве пищевой добавки Е942, как пропелент и упаковочный газ. Предпринимались попытки использования закиси азота в гоночных автомобилях в течение нескольких следующих десятилетий, но, поскольку это была закрытая отрасль исследований, не слишком много людей знало о ее существовании. Существуют и более специфические области применения закиси азота. Так, закись азота успешно используется для впрыскивания в двигатели гоночных автомобилей для увеличения их мощности, при подготовке аквалангистов к погружениям на значительную глубину, в атомноабсорбционной спектрофотометрии, в криохирургии, в некоторых других областях. ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ 1) Обнаружение молекул забавного газа, либо диоксида азота в атмосфере Марса, может послужить еще одним предлогом для заявления ученых о вероятном существования жизни на Красноватой Планете. Команда исследователей из Института Джорджии в Афинах во голове с Владимиром Самаркиным установила, что в антарктическом озере Дон Жуан вышеупомянутая химическая вязка находится в громадных количествах. Ее основными производителями а природе являются мельчайшие организмы, но в предоставленном случае диоксид азота является продуктом химического взаимодействия минералов и соленой воды. С геологической точки зрения, озеро Дон Жуан сильно подсказывает марсианские водоемы. Таковым образом, процесс образования N2O может являться главным компонентом марсианского азотного цикла. "Во время химической реакции выделяется водород, который является основным "топливом" для хемосинтеза микроорганизмов. Следовательно, ежели мы найдем на Марсе частички диоксида азота, то исследования по поиску микробной жизни на Красноватой Планете будут расширены в несколько раз", произнесла Джо Менди, сотрудник Самаркина. Сейчас ученые располагают 2-мя главными фактами, разговаривающими о вероятной жизни на Марсе: наличие в его атмосфере метана и аква льда на его поверхности. Метан стал целой загадкой для исследователей. Все задевало в том, что в марсианских критериях он обязан достаточно живо улетучиваться, но этого не происходит. Означает, на планете обязан существовать неизменный источник его пополнения. В природе этот газ может образовываться лишь из-за геологической энергичности, или в итоге жизнедеятельности активных организмов. Но так как работающих вулканов на Марсе не найдено - означает остается лишь 2-ой вариант. Ну а по предлогу наличия аква льда все просто, он был найден несколькими марсоходами и орбитальными зондами. 2) Вашингтон, США, Август 31 (Новый Регион, Владимир Семенов) – Доктор Равишанкара и его коллеги из Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) (США) показали в своей работе, что закись азота, или необыкновенно веселящий газ (N2 0), разрушает озоновый слой даже с большей скоростью, чем фреоны. 3) Глобальное потепление и, как следствие, оттаивание почвы в районах вечной мерзлоты приведет к тому, что в атмосфере резко увеличится количество закиси азота N2 O. Закись азота N2 O – один из трех самых важных парниковых газов, появляющихся в результате человеческой деятельности, вместе с двуокисью углерода и метаном. Он входит в число газов, объем которых регулируется Киотским протоколом ООН. Активно вырабатывается этот вид газа в процессе сельского хозяйства, особенно из основанных на азоте удобрений. Парниковый эффект от веселящего газа в 300 раз больше, чем от углекислого, и новые знания помогут в исследовании проблемы глобального потепления. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Проанализировав литературу и разные источники, мы узнали много интересного об этом химическом веществе. Информация о том, что оксид азота был открыт в 1772 году, но его не сразу применяли, нас даже несколько поразило. Также мы узнали, где применяется оксид азота (I). Мы еще узнали химические свойства, с чем реагирует N2 O. Про веселящий газ мы узнали несколько интересных фактов, про то, что парниковый эффект больше от веселящего газа, чем от озона. Нам кажется, что в будущем веселящий газ будет использоваться в простых газировках, возможно в карамельках, потому что при попадании в организм человека появляется опьяняющий эффект. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ: 1. Ахметов Н.С. Общая неорганическая химия, М., «Высшая школа» 1988 г., стр.333 2. Валендинская О.Р., МГУ, М. 3. Кузьменько Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Начала химии, М., 2001г. 4. Фадеев Г.Н. Пятая вертикаль, М., «Просвещение» 1985 г., стр.58,61 5. Интернет источники: 6. Могилевский.Б., Гемфри Деви, серия «Жизнь замечательных людей» 2.(Выпуск 112) Журнально-газетное объединение, М., 1937 г. 7. Википедия 8. Медицина Ростова, справочник лекарств 9. Наука и информационные технологии 10. Estestvo-Znanie.ru, Образовательный портал об естествознании 11. Библиотека юного исследователя ПРИЛОЖЕНИЕ № 1 Оксид азота(I) Общие Систематическое наименование Оксид азота(I) Химическая формула N2 O Отн. молек. масса 44 а. е. м. Молярная масса 44,0128 г/моль г/моль Физические свойства Плотность вещества 1222.8 кг/м-3 г/см³ Состояние (ст. усл.) бесцветный газ Термические свойства Температура плавления -90.86 °C (182.29 K) °C Температура кипения -88.48 °C (184.67 K) °C