Oxid dusný

Oxid dusný, triviálním názvem rajský plyn či azooxid, v medicíně nazývaný Nitrogenium oxydulatum nebo Dinitrogenii oxidum, je za laboratorních podmínek bezbarvý, nehořlavý plyn s nevýraznou, ale příjemnou vůní a nasládlou chutí.

Oxid dusný se připravuje tepelným rozkladem dusičnanu amonného:

NH₄NO₃ → N₂O + 2 H₂O.

Tato reakce je silně exotermní, při lokálním přehřátí může probíhat až explozivně; to je i podstatou průmyslových trhavin na bázi dusičnanu amonného.

Mnohem bezpečnější je příprava zahříváním směsi alkalického dusičnanu (např. dusičnanu sodného) se síranem amonným

2 NaNO₃ + (NH₄)₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2 N₂O + 4 H₂O,

nebo redukcí kyseliny dusičné například chloridem cínatým za přítomnosti kyseliny solné

2 HNO₃ + 4 SnCl₂ + 8 HCl → 4 SnCl₄ + N₂O + 5 H₂O,

nebo zinkem za přítomnosti kyseliny sírové

2 HNO₃ + 4 Zn + 4 H₂SO₄ → 4 ZnSO₄ + N₂O + 5 H₂O.

Molekula oxidu dusného je lineární (grupa symetrie C_∞v). Na základě výpočtů byl určen řád vazby N–N 2,73 a N–O 1,61, což znamená, že vazba mezi dusíkovými atomy leží mezi dvojnou a trojnou vazbou, zatímco mezi kyslíkovým a dusíkovým atomem mezi jednoduchou a dvojnou vazbou. Proto strukturní vzorec N₂O musí být zobrazován dvěma krajními mezomerními stavy. Jeho elektronová struktura je velmi blízká (téměř izoelektronová) struktuře molekuly oxidu uhličitého CO₂.

Jeho reaktivita je za normální teploty nízká. Po zahřátí na 600 °C se však rozkládá na dusík a kyslík. Protože v prvním stupni tohoto rozkladu vzniká molekulární dusík a atomární kyslík

2 N₂O → 2 N₂ + 2 O → 2 N₂ + O₂,

působí za těchto vyšších teplot jako velmi silné oxidační činidlo. To vede k některým jeho aplikacím.

Působením elektrického výboje se dá směs plynného oxidu dusného s vodíkem přivést k explozivní reakci

N₂O + H₂ → N₂ + H₂O.

Vzhledem k tomu, že se při této reakci prakticky nemění objem, nemá tato exploze velkou brizanci.

• V medicíně se dříve používal ve směsi s kyslíkem (85 % N₂O + 15 % O₂) jako anestetikum ke krátkodobým narkózám; dnes aplikován dávkovacím zařízením (např. Entonox) zajišťujícím bezpečnost se může používat v porodnictví nebo ve stomatologii.
• Používá se jako hnací plyn v bombičkách na přípravu šlehačky (E 942).
• V raketových motorech, zejména hybridních, slouží jako oxidační činidlo.
• V některých případech (dragstery) se vstřikuje do spalovacích motorů pro zvýšení výkonu, protože jeho rozkladem se získá více kyslíku než ze vzduchu. Také ho z tohoto důvodu používají nelegální závodníci.
• Ze stejných důvodů se využívá v analytické chemii v metodě atomové absorpční spektrometrie (AAS) jako oxidační plyn při spalování ethynu namísto vzduchu. Je tak možno dosáhnout teploty plamene o teplotě téměř 3000 °C a analyzovat tak prvky s velmi stabilními oxidy, např. hliník

Oxid dusný pozoroval poprvé John Mayowv roce 1669 a později Joseph Priestley v roce 1772. O dvacet let později Humphry Davy stanovil jeho složení a testoval jej na sobě a přátelích. Výsledkem těchto testů bylo objevení narkotických vlastností oxidu dusného, což vedlo k jeho používání v humánní medicíně.

Při porodech byl poprvé použit jako anestetikum S. Klikovičem v roce 1880 v Petrohradu. Většího rozšíření v porodnictví doznal však až po roce 1915.

Za druhé světové války oxid dusný používala německá stíhací letadla s pístovými motory ke krátkodobému zvýšení jejich výkonu.