亜酸化窒素や笑気ガスを家庭や研究室で簡単に作ることができます。 必要なのは熱源と硝酸アンモニウムだけです。
笑気ガスの名前
その前に、なぜ亜酸化窒素が笑気ガスと呼ばれているのか、不思議に思うかもしれません。 英国の化学者である Sir Humphry Davy が、このガスを吸入すると多幸感を得られることから、この名前を付けました。 これは不燃性の無色の気体で、甘い味とわずかに金属的な香りがします。 最もよく知られている用途は麻酔薬ですが、亜酸化窒素には他にも多くの用途があります。 内燃機関の出力を高め、化学実験やロケット工学で酸化剤として機能し、調理用スプレーやホイップクリームなどの食品の推進剤として働き、医療にも複数の用途があります。
亜酸化窒素を作る
家庭や小さな研究室で亜酸化窒素を作る最も簡単で安全な方法は Humphry Davy によって考案された方法です。 9320>NH4NO3 (s) → 2 H2O (g) + N2O (g)
簡単ではありますが、硝酸アンモニウムを 170 °C から 240 °C (338°F から 464°F) の間で穏やかに加熱することが重要です。 最高温度を超えると急激な分解が起こり、ガラス器具が割れてしまう。 少量の硝酸アンモニウムを使い、温度計かサーモスタット付きの熱源で温度をコントロールするのが最も安全です。
- 試験管に少量の硝酸アンモニウムを入れます。 試験管に1つ穴の止まり木をつけます。 穴にプラスチックかガラスのチューブを差し込み、湯せんにかけます。 亜酸化窒素は冷たい水に溶けてしまい、採取量が減ってしまうので、お湯は熱くしておく必要があります。 倒立した瓶に気泡を集める。 この気体を集める装置を気槽という。
- 装置を設置したら、硝酸アンモニウムをゆっくり加熱します。 炎やバーナーを使って行うことができます。 最高温度を超えないように、また1秒間に1～2個の割合で気泡が発生するように熱を加えます。
- 硝酸アンモニウムがすべて分解される前に加熱を止めます。 これはオーバーヒートを防ぐのに役立ちます。 加熱を止め、水が流れ込まないように、採取瓶からチューブを外します。 容器を正立させる前に蓋をしておくと、ガスが抜けにくくなります。 容器を倒立させたまま密閉してもいいですし、単にプラスチックやガラスの平らなシートで覆ってからひっくり返してもいいです。 容器の中のガスは亜酸化窒素で、さらに一酸化窒素や一酸化窒素など他の窒素酸化物も少量含まれています。 空気にさらすと一酸化窒素が酸化されて亜酸化窒素になります。
この手順は亜酸化窒素の商用調製に用いられ、さらにガスを精製するために酸および塩基処理が行われる。
安全に関するヒント
亜酸化窒素を安全に準備するためのヒントは以下の通りです：
- Don’t heat ammonium nitrate over 240 °C or 464°F.
- 最後の硝酸アンモニウムが分解する前に加熱を止めること
- 使用できる最も純度が高いアンモニウムナイトレートを使ってください。 純粋な硝酸アンモニウムは、不純物のある硝酸アンモニウムよりも安定です。
- プロジェクトは、ヒュームフード（研究室内）または換気の良い場所（自宅）で行ってください。 亜酸化窒素は安全な実験用ガスですが、吸入による過剰暴露は、ヘリウムガスへの過剰暴露と同様に低酸素症を引き起こす可能性があります
Other Ways to Make Nitrous Oxide
1772 年に Joseph Priestley が亜酸化窒素を合成する最初の人物になりました。 プリーストリーは鉄粉に硝酸をふりかけて発生するガスを採取した。 効果的な方法ですが、硝酸はヒュームフードの下で使用し、飛沫から保護するために適切な装備をする必要があるため、家庭よりも研究室に任せるのが最善です。
家庭や研究室で亜酸化窒素を作るもう一つの方法は、硝酸ナトリウムと硫酸アンモニウムの混合物を加熱する方法です。 この場合も、空気圧のトラフを使ってガスを回収します。
2 NaNO3 + (NH4)2SO4 → Na2SO4 + 2 N2O+ 4 H2O
尿素、硝酸、硫酸の化学反応でも亜酸化窒素が発生する。
2 (NH2)2CO + 2 HNO3+ H2SO4 → 2 N2O + 2 CO2 + (NH4)2SO4 + 2H2O
- Holleman, A. F.; Wiberg, E. (2001)． 無機化学. San Diego: Academic Press. ISBN 978-0-12-352651-9.
- McEvoy, J. G. (2015). “気体、神、自然のバランス。 Priestley (1772) ‘Observations on different kinds of air’の解説”. 王立協会A：数理・物理・工学科の哲学的論文。 373 (2039): 20140229. doi:10.1098/rsta.2014.0229
- Parmon, V. N.; Panov, G. I.; Uriarte, A.; Noskov, A. S. (2005). 「酸化化学と触媒の応用と生産における亜酸化窒素”. カタリシス・トゥデイ。 100 (2005): 115-131. doi:10.1016/j.cattod.2004.12.012
- Suwa, T.; Matsushima, A.; Suziki, Y.; Namina, Y.（1961）. 「アンモニアの触媒酸化による亜酸化窒素の製造”． 化学工業会誌． Japan. 64 (11): 1879-1888. doi:10.1246/nikkashi1898.64.11_1879
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