Оксиды азота

Оксиды  азота и их влияние  на окружающую среду.

Оксиды  азота

Важнейшими  являются NO и NO₂, поскольку остальные (N₂O, N₂O₃, N₂O₄, N₂O₅ и пары HNO₃), которые могут присутствовать в воздухе, не являются биологически значимыми.

Источники. Существуют естественные источники оксидов азота - бактериальная активность в почве, грозы, извержения вулканов. Основным антропогенным источником их являются процессы горения при температуре выше 1000°С (автотранспорт и стационарные источники).

Атмосфера. Фоновые концентрации изменяются в пределах 0,4-9,4 мкг/м³. Типичное содержание диоксида азота в воздухе городов - 20-90 мкг/м³ (среднегодовые концентрации); часовые концентрации могут достигать 240-850 мкг/м³. Вблизи заводов, производящих азотную кислоту или взрывчатые вещества или вблизи теплоэлектростанций отмечаются очень высокие концентрации.

Пути  поступления в  организм. Респираторный.

Коэффициенты  перерасчета концентраций: 
1 млн^-1 (1 ppm) = 1880 мкг/м³ 
1 мкг/м³ = 5,32·10^-4 млн^-1 (ppm)

Влияние на окружающую среду. Оксиды азота занимают второе место после диоксида серы по вкладу в увеличение кислотности осадков. В дополнение к косвенному воздействию (кислотный дождь), длительное воздействие диоксида азота в концентрации 470-1880 мкг/м³ может подавлять рост некоторых растений (например, томатов). Значимость атмосферных эффектов оксидов азота связана с ухудшением видимости. Диоксид азота играет важную роль в образовании фотохимического смога.

Влияние на здоровье. Оксиды азота могут отрицательно влиять на здоровье сами по себе и в комбинации с другими загрязняющими веществами. Пиковые концентрации действуют сильнее, чем интегрированная доза. Кратковременное воздействие 3000-9400 мкг/м³ диоксида азота вызывает изменения в легких. Помимо повышенной восприимчивости к респираторным инфекциям, воздействие диоксида азота может привести к повышенной чувствительности к бронхостенозу (сужение просвета бронхов) у чувствительных людей. Исследования показали, что для болеющих астмой и аналогичных больных повышается риск отрицательных легочных эффектов при содержании диоксида азота значительно меньшем, чем тот, на который не наблюдается реакция у здоровых людей.

Оксиды  азота.NO, N2O3,NO5,N2O4.В атмосферу выбрасывается в основном диоксид азота NO2– бесцветный не имеющий запаха ядовитый газ, раздражающе действующий на органы дыхания. Особенно опасны оксиды азота в городах, где они взаимодействуют с углеродами выхлопных газов, где образуют фотохимический туман - смог. Отравленный оксидами азота воздух начинает действовать с легкого кашля. При повышении концентрации NO,  возникает  сильный  кашель,  рвота, иногда головная боль. При контакте с влажной поверхностью слизистой оболочки оксиды азота образуют кислоты HNO3и HNO2   , которые приводят к отеку легких.  

Оксид азота(I) (оксид диазота, закись азота, веселящий газ) — соединение с химической формулой N₂O. При нормальной температуре это бесцветный негорючий газ с приятным сладковатым запахом и привкусом. Иногда называется «веселящим газом» из-за производимого им опьяняющего эффекта.

Физические  свойства

Впервые был получен в 1799 г. Гемфри Дэви. Бесцветный газ, тяжелее воздуха (относительная плотность 1,527), с характерным сладковатым запахом. Растворим в воде (0,6 объёма N₂O в 1 объёме воды при 25 °C). При 0 °C 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.

Химические свойства

Относится к несолеобразующим оксидам. В нормальных условиях N₂O химически инертен, при нагревании проявляет свойства окислителя:

N₂O + H₂ → N₂ + H₂O;

N₂O + C → N₂ + CO.

При взаимодействии с сильными окислителями N₂O может проявлять свойства восстановителя:

5N₂О + 8KMnO₄ + 7H₂SO₄ → 5Mn(NO₃)₂ + 3MnSO₄ + 4K₂SO₄ + 7H₂O.

При нагревании N₂O разлагается:

2N₂O → 2N₂ + O₂.

Применение

Используется  в основном как средство для ингаляционного наркоза, в основном в сочетании с другими препаратами (из-за недостаточно сильного обезболивающего действия). В то же время это соединение можно назвать самым безопасным средством для наркоза, так как после его применения почти не бывает осложнений. Также иногда используется для улучшения технических характеристик двигателей внутреннего сгорания.

Средство для ингаляционного наркоза

Малые концентрации закиси азота вызывают чувство опьянения (отсюда название — «веселящий газ») и лёгкую сонливость. При вдыхании чистого газа быстро развиваются состояние наркотического опьянения. В смеси с кислородом при правильном дозировании вызывает наркоз без предварительного возбуждения и побочных явлений. Закись азота обладает слабой наркотической активностью, в связи с чем её необходимо применять в больших концентрациях.

Наркоз  с применением закиси азота используется в хирургической практике, оперативной  гинекологии, хирургической стоматологии, а также для обезболивания  родов.

Применяют закись азота в смеси с кислородом при помощи специальных аппаратов  для газового наркоза.

Применять закись азота, как и любое средство для наркоза, необходимо с осторожностью, особенно при выраженных явлениях гипоксии и нарушении диффузии газов в  лёгких.

Лечебный  наркоз закисью азота (при стенокардии и инфаркте миокарда) противопоказан при тяжёлых заболеваниях нервной системы, хроническом алкоголизме, состоянии алкогольного опьянения (возможны возбуждение, галлюцинации).

Форма выпуска: в металлических баллонах вместимостью 10 л под давлением 50 атм в сжиженном состоянии. Баллоны  окрашены в серый цвет и имеют  надпись «Для медицинского применения».

В двигателях 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 ~21 масс. % кислорода).

*повышает  скорость (интенсивность) сгорания  в цилиндрах двигателя.

В пищевой промышленности

В пищевой  промышленности соединение зарегистрировано в качестве пищевой добавки E942, как пропеллент и упаковочный газ. 

Оксид азота (II) (мон(о)оксид азота, окись азота, нитрозил-радикал) NO — несолеобразующий оксид азота. Он представляет собой бесцветный газ, плохо растворимый в воде. Сжижается с трудом; в жидком и твёрдом виде имеет голубой цвет.

Получение

Оксид азота (II) — единственный из оксидов азота, который можно получить непосредственно из свободных элементов соединением азота с кислородом при высоких температурах (1200—1300 °C) или в электрическом разряде. В природе он образуется в атмосфере при грозовых разрядах:

N₂ + O₂ → 2NO — 180,9 кДж

и тотчас же реагирует с кислородом:

2NO + O₂ → 2NO₂.

В лаборатории  его обычно получают взаимодействием 30%-ной HNO₃ с некоторыми металлами, например, с медью:

3Cu + 8HNO₃ (30 %) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O.

Промышленный  способ основан на окислении аммиака при высокой температуре и давлении при участии Pt, Cr₂O₃ (как катализаторов):

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O.

Химические  свойства

При комнатной  температуре и атмосферном давлении окисление NO кислородом воздуха происходит мгновенно:

2NO + O₂ → 2NO₂

Для NO характерны также реакции присоединения  галогенов с образованием нитрозилгалогенидов, в этой реакции NO проявляет свойства восстановителя:

2NO + Cl₂ → 2NOCl (нитрозилхлорид).

В присутствии  более сильных восстановителей NO проявляет окислительные свойства:

2SO₂ + 2NO → 2SO₃ + N₂↑.

В воде NO мало растворим и с ней не реагирует, являясь несолеобразующим оксидом.

Физиологическое действие

Как и  все оксиды азота (кроме N₂O), NO — токсичен, при вдыхании поражает дыхательные пути.

За два  последних десятилетия было установлено, что эта молекула NO обладает широким  спектром биологического действия, которое  условно можно разделить на регуляторное, защитное и вредное. NO, являясь одним  из мессенджеров, участвует в регуляции  систем внутри- и межклеточной сигнализации. Оксид азота, производимый клетками эндотелия сосудов, отвечает за расслабление гладких мышц сосудов и их расширение(вазодилатацию), предотвращает агрегацию тромбоцитов  и адгезию нейрофилов к эндотелию, участвует в различных процессах  в нервной, репродуктивной и иммунной системах. NO также обладает цитотоксическими и цитостатическими свойствами. Клетки-киллеры  иммунной системы используют оксид  азота для уничтожения бактерий и клеток злокачественных опухолей.

Характерной особенностью NO является способность  быстро (менее чем за 5 секунд) диффундировать через мембрану синтезировавшей  его клетки в межклеточное пространство и легко (без участия рецепторов) проникать в клетки-мишени. Внутри клетки он активирует одни энзимы и  ингибирует другие, таким образом, участвуя в регуляции клеточных функций. По сути, монооксид азота является локальным тканевым гормоном. NO играет ключевую роль в подавлении активности бактериальных и опухолевых клеток путем либо блокирования некоторых  их железосодержащих ферментов, либо путем  повреждения их клеточных структур оксидом азота или свободными радикалами, образующимися из оксида азота. Следовательно, NO, избыточно  накапливаясь в клетке, может действовать  двояко: с одной стороны вызывать повреждение ДНК и с другой — давать провоспалительный эффект.

Оксид азота способен инициировать образование кровеносных сосудов. В случае инфаркта миокарда оксид азота играет положительную роль, так как индуцирует новый сосудистый рост, но при раковых заболеваниях тот же самый процесс вызывает развитие опухолей, способствуя питанию и росту раковых клеток. С другой стороны, вследствие этого улучшается доставка оксида азота в опухолевые клетки. Повреждение ДНК под действием NO является одной из причин развития апоптоза (запрограммированный процесс клеточного «самоубийства», направленный на удаление клеток, утративших свои функции).