A dinitrogén-oxid vagy nevetőgáz előállítása otthon vagy a laboratóriumban is egyszerű. Mindössze egy hőforrásra és ammónium-nitrátra van szükséged. Íme a dinitrogén-oxid előállításához szükséges utasítások és tippek a biztonságos elkészítéshez.
A nevetőgáz neve
De először is, talán kíváncsi vagy, miért nevezik a dinitrogén-oxidot nevetőgáznak. Sir Humphry Davy brit vegyész találta ki a nevet, utalva a gáz belélegzésének euforikus hatásaira.
Mi a dinitrogén-oxid vagy nevetőgáz?
A dinitrogén-oxid kémiai képlete N2O. Nem gyúlékony, színtelen gáz, amelynek édes íze és enyhén fémes illata van. Bár legismertebb felhasználási területe talán az érzéstelenítő, a dinitrogén-oxidnak számos más felhasználási területe is van. Növeli a belsőégésű motorok teljesítményét, oxidálószerként szolgál a kémiai kísérletekben és a rakétatechnikában, hajtóanyagként szolgál az élelmiszerekhez, beleértve a főzőspray-t és a tejszínhabot, és számos felhasználási területe van a gyógyászatban.
Nitrogén-oxid előállítása
A nitrogén-oxid otthoni vagy kis laboratóriumban történő előállításának legegyszerűbb és legbiztonságosabb módszere a Humphry Davy által kidolgozott módszer. Davy felfedezte, hogy az ammónium-nitrátot melegítéssel nitrogén-oxiddá és vízgőzzé bomlik:
NH4NO3 (s) → 2 H2O (g) + N2O (g)
Az ammónium-nitrátot – bár egyszerű – óvatosan kell melegíteni 170 °C és 240 °C (338 °F és 464 °F) között. A maximális hőmérséklet túllépése gyors bomláshoz vezet, és összetöri az üvegedényeket. A legbiztonságosabb, ha kis mennyiségű ammónium-nitrátot és hőmérőt vagy termosztáttal ellátott hőforrást használunk a hőmérséklet szabályozásához.
- Tegyen kis mennyiségű ammónium-nitrátot egy kémcsőbe. Fedjük le a kémcsövet egy egylyukú dugóval. Helyezzen műanyag vagy üvegcsövet a lyukba, és futtassa bele egy forró vízfürdőbe. A víznek forrónak kell lennie, mert a dinitrogén-oxid feloldódik a hideg vízben, ami csökkenti az összegyűjtött mennyiséget. Gyűjtse össze a buborékokat egy megfordított befőttesüvegbe. Ezt a gázok gyűjtésére szolgáló berendezést pneumatikus vályúnak nevezik. Ez kondenzálja a reakció során keletkező vizet, és eltávolítja a szennyeződéseket, például a füstöt.
- Mihelyt beállította a berendezést, lassan melegítse fel az ammónium-nitrátot. Ezt láng vagy égő felett is megteheted. Alkalmazza a hőt úgy, hogy az ne haladja meg a maximális hőmérsékletet, és hogy másodpercenként egy-két buborékkal keletkezzenek gázbuborékok.
- Hagyja abba az ammónium-nitrát melegítését, mielőtt az egész lebomlott volna. Ez segít megelőzni a túlmelegedést. Kapcsolja ki a fűtést, és csatlakoztassa le a csövet a gyűjtőedényről, hogy ne folyjon bele víz. Fedje le az edényt, mielőtt felfordítja, hogy ne veszítse el a gázt. Lezárhatja az edényt, amíg megfordítva van, vagy egyszerűen letakarhatja egy lapos műanyag- vagy üveglappal, mielőtt megfordítja. A tartályban lévő gáz dinitrogén-oxid, valamint kisebb mennyiségben más nitrogén-oxidok, például nitrogén-oxid és nitrogén-monoxid. A levegőnek való kitettség oxidálja a nitrogén-oxidot, és így nitrogén-oxid keletkezik.
Ezt az eljárást használják a dinitrogén-oxid kereskedelmi előállítására, savas és bázisos kezelésekkel a gáz további tisztítására.
Biztonsági tippek
Itt vannak tippek a dinitrogén-oxid biztonságos előállításához:
- Ne melegítse az ammónium-nitrátot 240 °C vagy 464 °F fölé.
- Hagyja abba a hő alkalmazását, mielőtt az ammónium-nitrát utolsó darabja is elbomlott.
- A legnagyobb tisztaságú ammónium-nitrátot használja. A tiszta ammónium-nitrát stabilabb, mint a szennyeződéseket tartalmazó ammónium-nitrát.
- Végezze a projektet elszívó alatt (laboratóriumban) vagy jól szellőző helyen (otthon). Bár a dinitrogén-oxid biztonságos laboratóriumi gáz, a belégzés útján történő túlzott expozíció hipoxiát okozhat, hasonlóan a héliumgáz túlzott expozíciójához.
A dinitrogén-oxid előállításának egyéb módjai
1772-ben Joseph Priestley szintetizálta először a dinitrogén-oxidot. Priestly összegyűjtötte a salétromsav vasreszelékre szórásával keletkező gázt. Bár hatékony módszer, inkább a laboratóriumban, mint otthon, mert a salétromsavat elszívó alatt kell használni, megfelelő felszereléssel a fröccsenés ellen.
A salétromos oxid otthoni vagy laboratóriumi előállításának másik módszere a nátrium-nitrát és ammónium-szulfát keverékének felmelegítése. Ismét gyűjtsük össze a gázt egy pneumatikus vályú segítségével. Ennek a keveréknek a melegítése még biztonságosabb, mint az ammónium-nitrát bontása.
2 NaNO3 + (NH4)2SO4 → Na2SO4 + 2 N2O+ 4 H2O
A karbamid, a salétromsav és a kénsav kémiai reakciója során szintén salétrogén-oxid keletkezik.
2 (NH2)2CO + 2 HNO3+ H2SO4 → 2 N2O + 2 CO2 + (NH4)2SO4 + 2H2O
- Holleman, A. F.; Wiberg, E. (2001). Szervetlen kémia. San Diego: Academic Press. ISBN 978-0-12-352651-9.
- McEvoy, J. G. (2015). “Gázok, Isten és a természet egyensúlya: Kommentár Priestley (1772) ‘Observations on different kinds of air’ című művéhez”. 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). “A dinitrogén-oxid oxidációs kémia és katalízis alkalmazása és előállítása”. Catalysis Today. 100 (2005): 115-131. doi:10.1016/j.cattod.2004.12.012
- Suwa, T.; Matsushima, A.; Suziki, Y.; Namina, Y. (1961). “Nitrogén-oxid előállítása ammónia katalitikus oxidációjával”. The Journal of the Society of Chemical Industry. Japan. 64 (11): 1879-1888. doi:10.1246/nikkashi1898.64.11_1879
.