Typpioksidia eli naurukaasua on helppo valmistaa kotona tai laboratoriossa. Tarvitset vain lämmönlähteen ja ammoniumnitraattia. Tässä on ohjeet ilokaasun valmistamiseen ja vinkkejä siihen, miten se tehdään turvallisesti.
Naurukaasun nimi
Mutta ensin saatat ihmetellä, miksi ilokaasua kutsutaan naurukaasuksi. Brittiläinen kemisti Sir Humphry Davy keksi nimen viitaten kaasun hengittämisen euforisoiviin vaikutuksiin.
Mikä on typpioksidi eli naurukaasu?
Nitrousoksidin kemiallinen kaava on N2O. Se on syttymätön, väritön kaasu, jolla on makea maku ja hieman metallinen tuoksu. Vaikka sen tunnetuin käyttötarkoitus lienee nukutusaineena, ilokaasulla on monia muitakin käyttötarkoituksia. Se lisää polttomoottorin tehoa, toimii hapettimena kemiallisissa kokeissa ja rakettikokeissa, toimii elintarvikkeiden, kuten ruokasuihkeen ja kermavaahdon, ponneaineena, ja sillä on useita käyttökohteita lääketieteessä.
Tehdä ilokaasua
Yhden yksinkertaisimman ja turvallisimman menetelmän ilokaasun valmistamiseen kotona tai pienessä laboratoriossa on Humphry Davyn kehittämä menetelmä. Davy havaitsi, että ammoniumnitraatin kuumentaminen hajottaa sen dityppioksidiksi ja vesihöyryksi:
NH4NO3 (s) → 2 H2O (g) + N2O (g)
Mikäli se on yksinkertaista, on tärkeää kuumentaa ammoniumnitraattia varovasti 170 °C:n ja 240 °C:n (338 °F-464 °F) välillä. Enimmäislämpötilan ylittäminen johtaa nopeaan hajoamiseen ja rikkoo lasitavarat. On turvallisinta käyttää pieniä määriä ammoniumnitraattia ja joko lämpömittaria tai termostaatilla varustettua lämmönlähdettä lämpötilan säätämiseksi.
- Pane pieni määrä ammoniumnitraattia koeputkeen. Korkkaa koeputki yhden reiän tulpalla. Aseta muovi- tai lasiputki reikään ja aja se kuumaan vesihauteeseen. Veden on oltava kuumaa, koska typpioksidi liukenee kylmään veteen, mikä vähentää kerättyä määrää. Kerää kuplat ylösalaisin olevaan purkkiin. Tätä kaasujen keräysjärjestelyä kutsutaan pneumaattiseksi kaukaloksi. Se tiivistää reaktiossa syntyvän veden ja poistaa epäpuhtaudet, kuten savun.
- Kun olet asettanut laitteiston, kuumenna ammoniumnitraattia hitaasti. Voit tehdä tämän liekin tai polttimen päällä. Käytä lämpöä niin, että se ei ylitä maksimilämpötilaa ja että se tuottaa kaasukuplia nopeudella yhdestä kahteen kuplia sekunnissa.
- Lopeta ammoniumnitraatin kuumentaminen ennen kuin kaikki se on hajonnut. Tämä auttaa estämään ylikuumenemisen. Sammuta lämpö ja irrota letku keräyspurkista, jotta vesi ei pääse virtaamaan siihen ylös. Peitä astia ennen sen kääntämistä pystyyn, jotta kaasu ei häviä. Voit sinetöidä astian sen ollessa ylösalaisin tai yksinkertaisesti peittää sen tasaisella muovi- tai lasilevyllä ennen sen kääntämistä. Säiliössä oleva kaasu on dityppioksidia sekä pienempiä määriä muita typen oksideja, kuten typpioksidia ja typpimonoksidia. Ilman altistaminen hapettaa typpioksidin typpioksidiksi.
Tätä menettelyä käytetään typpioksidin kaupalliseen valmistukseen, ja kaasua puhdistetaan edelleen happo- ja emäskäsittelyillä.
Turvallisuusvinkkejä
Tässä on vinkkejä typpioksidin valmistamiseksi turvallisesti:
- Älä kuumenna ammoniumnitraattia yli 240 °C:n eli 464 °F:n.
- Lopeta kuumennuksen käyttö ennen kuin viimeinenkin hiukkanen ammoniumnitraattia on hajonnut.
- Käytä korkeimman mahdollisen puhtauden omaavaa ammoniumnitraattia. Puhdas ammoniumnitraatti on vakaampaa kuin ammoniumnitraatti, jossa on epäpuhtauksia.
- Toteuta projekti huuruhuoneessa (laboratoriossa) tai hyvin ilmastoidussa tilassa (kotona). Vaikka dityppioksidi on turvallinen laboratoriokaasu, liiallinen altistuminen hengittämällä voi aiheuttaa hypoksiaa, aivan kuten liiallinen altistuminen heliumkaasulle.
Muita tapoja valmistaa dityppioksidia
Josephe Priestley syntetisoi ensimmäisenä dityppioksidia vuonna 1772. Priestly keräsi kaasua, joka syntyi ripottelemalla typpihappoa rautaviilujen päälle. Vaikka menetelmä on tehokas, se kannattaa jättää mieluummin laboratorioon kuin kotiin, koska typpihappoa tulisi käyttää huuruhuoneessa, jossa on asianmukaiset varusteet roiskeilta suojautumiseksi.
Toinen tapa valmistaa typpioksiduuli kotona tai laboratoriossa on lämmittää natriumnitraatin ja ammoniumsulfaatin seosta. Kerää taas kaasu pneumaattisen kaukalon avulla. Tämän seoksen kuumentaminen on jopa turvallisempaa kuin ammoniumnitraatin hajottaminen.
2 NaNO3 + (NH4)2SO4 → Na2SO4 + 2 N2O+ 4 H2O
Kemiallinen reaktio urean, typpihapon ja rikkihapon välillä tuottaa myös dityppioksidia.
2 (NH2)2CO + 2 HNO3+ H2SO4 → 2 N2O + 2 CO2 + (NH4)2SO4 + 2H2O
- Holleman, A. F.; Wiberg, E. (2001). Epäorgaaninen kemia. San Diego: Academic Press. ISBN 978-0-12-352651-9.
- McEvoy, J. G. (2015). ”Kaasut, Jumala ja luonnon tasapaino: A commentary on Priestley (1772) ’Observations on different kinds of air'”. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 373 (2039): 20140229. doi:10.1098/rsta.2014.0229
- Parmon, V. N.; Panov, G. I.; Uriarte, A.; Noskov, A. S. (2005). ”Dityppioksidi hapetuskemiassa ja katalyysin soveltaminen ja tuotanto”. Catalysis Today. 100 (2005): 115-131. doi:10.1016/j.cattod.2004.12.012
- Suwa, T.; Matsushima, A.; Suziki, Y.; Namina, Y. (1961). ”Typpioksidin valmistus ammoniakin katalyyttisellä hapetuksella”. The Journal of the Society of Chemical Industry. Japan. 64 (11): 1879-1888. doi:10.1246/nikkashi1898.64.11_1879
.