Podtlenek azotu N2O (tlenek diazotu)

Tlenek diazotu to nieorganiczny związek chemiczny z grupy tlenków azotu. Stosuje się go np. do znieczulania anestezjologicznego jako tzw. gaz rozweselający. Należy on do głównych gazów cieplarnianych. Obecnie występuje w atmosferze Ziemi w stężeniu 336 ppb, a jego stężenie wzrosło z ok. 270 ppb w epoce przedprzemysłowej do obecnej wartości m.in. ze względu na działalność człowieka, która odpowiada za ok. 40% emisji tego gazu.

Najistotniejszym źródłem podtlenku azotu związanym z działalnością człowieka jest rolnictwo.

Podstawowe informacje

Podtlenek azotu został odkryty przez Josepha Priestleya w 1772 roku. W latach 90. XVIII wieku Humphry Davy przeprowadzał na sobie i swoich przyjaciołach eksperyment sprawdzający działanie gazu na organizm człowieka. Okazało się, że gaz uśmierza ból, a osoba poddana jego działaniu pozostaje częściowo świadoma. Właściwość ta została wkrótce wykorzystana głównie w zabiegach dentystycznych, oraz w znieczuleniu w czasie porodu.

W temperaturze pokojowej N2O to bezbarwny, niepalny gaz o słabej woni i słodkawym smaku. Temperatura jego topnienia wynosi −90,9 °C, temperatura wrzenia −88,5 °C. Podtlenek azotu można otrzymać przez termiczny rozkład azotanu amonu w temperaturze 170 °C.

Gaz o wysokiej czystości do celów laboratoryjnych otrzymuje się poprzez wkraplanie kwasu azotowego do roztworu mocznika w stężonym kwasie siarkowym, a następnie przepuszczanie przez płuczkę z roztworem wodorotlenku sodu.

Zastosowanie

Gaz anestetyczny
Podtlenek azotu jest powszechnie wykorzystywany jako jeden ze składników znieczulenia ogólnego złożonego, a także do znieczulenia w stomatologii. W mieszaninie z tlenem w stężeniu do 70% jest nośnikiem innych ogólnych środków anestetycznych (sam ma słabe działanie znieczulające). Stosuje się go również w połączeniu z dożylnymi lekami znieczulającymi, opioidami i lekami zwiotczającymi (podtlenek azotu praktycznie nie działa zwiotczająco na mięśnie). Ma silne działanie nasenne.

Wykazuje niewielkie właściwości euforyzujące, z tego powodu jest nazywany gazem rozweselającym. Podtlenek azotu inaktywuje kobalaminową formę witaminy B12, dlatego długotrwałe użycie dużych ilości może prowadzić do objawów niedoboru witaminy B12 (anemii i neuropatii), może uszkadzać szpik kostny i ma negatywny wpływ na jajniki i jądra. Nie dotyczy to jednak sporadycznego użycia tego gazu. Objawy użycia mogą również przypominać stan zatrucia alkoholowego.

Podtlenek azotu bardzo szybko i dobrze wchłania się z płuc do tkanek organizmu. Wykazuje niską rozpuszczalność we krwi oraz minimalny stopień metabolizowania (poniżej 0,004%), po zaprzestaniu podawania jest więc szybko usuwany przez płuca w postaci niezmienionej.

Stosowanie tego gazu powoduje ryzyko niedotlenienia tkanek (dlatego używa się go tylko w mieszaninach z tlenem), jednak jeśli do niego nie dojdzie, działania niepożądane są bardzo niewielkie. Na skutek przenikania N2O do zamkniętych przestrzeni zawierających powietrze może dojść do różnorodnych, krótkotrwałych zaburzeń, np. na skutek przedostawania się gazu do ucha środkowego pacjent może przez pewien czas po operacji gorzej słyszeć. Są to jednak działania ustępujące z reguły samoistnie. Niebezpieczne są natomiast zanieczyszczenia, często znajdujące się w butlach z N2O, na przykład NO.

Bardzo zajmującym faktem dotyczącym tego gazu jest zmniejszanie się tolerancji organizmu na tę samą dawkę – w przeciwieństwie do większości narkotyków, po dłuższym używaniu N2O, zmniejszona dawka może dać taki sam efekt jak na początku.

Stomatologia
Sedacja wziewna N2O jest wskazana u osób, które odczuwają paniczny strach przed zabiegami stomatologicznymi. Sedacja pozwala na ograniczenie dyskomfortu, np. w czasie pobierania wycisków. Stosowana u dzieci pozwala zwłaszcza na wykonanie koniecznych zabiegów, których nie udałoby się przeprowadzić skutecznie bez znieczulenia ogólnego.

Dodatek do żywności E942
Podtlenek azotu jest dopuszczony do użytku jako dodatek do żywności. Jest doskonale rozpuszczalny w tłuszczach, co wykorzystano w przemyśle spożywczym do tworzenia piany, szczególnie z bitej śmietany w sprayu. Wypełnia się nim również opakowania zawierające łatwo psujące się produkty (np. chrupki ziemniaczane). Na liście dodatków spożywczych legalnie dopuszczonych w Unii Europejskiej, tak zwanej liście E, posiada numer E942. Znalazł również zastosowanie w produkcji tzw. napojów energetyzujących.

Tuning samochodowy
Podtlenek azotu jest też stosowany w tuningu samochodowym (NOS – nitrous oxide system). Jest on wtryskiwany do układu dolotowego lub bezpośrednio do cylindrów, co umożliwia gwałtowne zwiększenie ilości spalanej mieszanki i powoduje chwilowy wzrost mocy silnika. Efekt jest natychmiastowy, jednak użycie może być tylko krótkotrwałe, ze względu na wytrzymałość silników.

Paliwo rakietowe
Podtlenek azotu jest też stosowany jako utleniacz w paliwie do silników rakietowych – został użyty na przykład w pierwszym komercyjnym statku kosmicznym SpaceShipOne.

Wpływ na klimat Ziemi

Tlenek diazotu występuje w atmosferze Ziemi w stężeniu 336 ppb. Jego stężenie wzrosło z ok. 270 ppb w epoce przedprzemysłowej do obecnej wartości 336 ppb m.in. ze względu na działalność człowieka, która odpowiada za ok. 40% emisji tego gazu. Tlenek diazotu jest trzecim po dwutlenku węgla i metanie najistotniejszym pod względem wymuszenia radiacyjnego długo żyjącym gazem cieplarnianym. Wzrost stężenia N2O od epoki przedprzemysłowej spowodował wymuszenie radiacyjne szacowane na 0,2 W/m². Średni czas życia tego gazu w atmosferze jest szacowany na 114 lat, a potencjał tworzenia efektu cieplarnianego jest 144 razy silniejszy niż dla dwutlenku węgla.

Na podstawie danych z raportu z grudnia 2018 roku „Nitrous oxide emissions from agricultural soils” (Emisje podtlenku azotu z gleb rolniczych) Gerard Velthof i Rene Rietra z Uniwersytetu w Wageningen podali dane, że rolnictwo odpowiada za około 75% całkowitej emisji N2O. Dominującymi światowymi źródłami emisji N2O są obornik na użytkach zielonych (22%) i nawozy syntetyczne (18%).

dodatkowe informacje:
Nitrous oxide emission from agricultural soils, G.L. Velthof, R.P.J.J. Rietra, licencja CC BY 4.0

Aktualny poziom podtlenku azotu

Najnowszy pomiar: maj 2023
336 ppb
(parts per bilions – cząsteczki podtlenku azotu na na miliard cząsteczek powietrza atmosferycznego)

Zawartość podtleneku azotu w atmosferze podaje się jako „ułamek molowy suchego powietrza”, czyli liczba cząsteczek podtlenku azotu podzielona przez całkowitą liczbę cząsteczek w próbce po usunięciu pary wodnej.
Ułamek molowy wyraża się jako nmol mol -1, w skrócie ppb (parts per billion – 1 ppb oznacza, że ​​jedna na miliard cząsteczek w próbce powietrza to N2O).

Wykresy przedstawiają średnią globalną, średnią miesięczną zawartość podtlenku azotu w atmosferze, określoną na powierzchni morza. Pierwszy wykres przedstawia średnie miesięczne z ostatnich czterech lat plus rok bieżący, a drugi wykres przedstawia szereg czasowy NOAA rozpoczynający się w roku 2001, kiedy mamy pewność co do danych. Wartości za ostatni rok są wstępne i oczekują na ponowną kalibrację gazów wzorcowych

The Global Monitoring Laboratory NOAA dokonuje pomiarów podtlenku azotu od 1997 roku w rozproszonej na całym świecie sieci punktów pobierania próbek powietrza (Dlugokencky i in., 1994 ). Średnią globalną konstruuje się najpierw poprzez wygładzenie danych dla każdego miejsca w funkcji czasu, a następnie wygładzone wartości dla każdego miejsca dopasowuje się jako funkcję szerokości geograficznej w 48 równomiernie rozmieszczonych krokach czasowych rocznie. Średnie globalne oblicza się na podstawie dopasowań szerokości geograficznej w każdym kroku czasowym ( Masarie i Tans, 1995 ).

Na rysunkach czerwone linie i kółka przedstawiają globalnie uśrednione miesięczne wartości wyśrodkowane w środku każdego miesiąca. Czarna linia i kwadraty pokazują trend długoterminowy (w zasadzie podobny do średniej kroczącej z 12 miesięcy), w którym usunięto średni cykl sezonowy.

Roczny wzrost średniej globalnej zawartości podtlenku azotu w atmosferze

Rok	Wzrost (ppb)	Niepewność (ppb)
2001	0,71	0,12
2002	0,50	0,14
2003	0,80	0,14
2004	0,53	0,14
2005	0,86	0,13
2006	0,69	0,15
2007	0,90	0,15
2008	0,92	0,14
2009	0,76	0,15
2010	1.08	0,14
2011	0,90	0,14
2012	0,81	0,15
2013	1.01	0,13
2014	1,24	0,13
2015	0,90	0,15
2016	0,66	0,13
2017	1.02	0,14
2018	1.16	0,12
2019	0,91	0,12
2020	1,34	0,11
2021	1,29	0,13
2022	1,26	0,14

Tabela podsumowuje roczny wzrost atmosferycznego N2O w oparciu o globalnie uśrednione dane dotyczące powierzchni morza.

Roczny przyrost atmosferycznego N2O w danym roku to wzrost jego liczebności (ułamka molowego) od 1 stycznia tego roku do 1 stycznia następnego roku, po usunięciu cyklu sezonowego (co pokazują czarne linie na powyższym rysunku). Stanowi sumę całego N2O dodanego do atmosfery i usuniętego z niej w ciągu roku w wyniku działalności człowieka i procesów naturalnych.

źródło danych i dodatkowe informacje:
Trends in Atmospheric Nitrous Oxide, gml.noaa.gov, Earth System Research Laboratories, Global Monitoring Laboratory

Globalny budżet podtlenku azotu 2007-2016

źródło danych i dodatkowe informacje:
Nitrous oxide Budget, globalcarbonatlas.org

źródło: materiały prasowe
Global Nitrous Oxide Budget, globalcarbonproject.org
Nitrous oxide Budget, globalcarbonatlas.org
Nitrous oxide emission from agricultural soils, G.L. Velthof, R.P.J.J. Rietra, licencja CC BY 4.0
Tlenek diazotu, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Trends in Atmospheric Nitrous Oxide, gml.noaa.gov, Earth System Research Laboratories, Global Monitoring Laboratory

Zmiany klimatu – dodatkowe informacje:
carbon offset, dekarbonizacja, denializm klimatyczny (zaprzeczanie globalnemu ociepleniu), depresja klimatyczna (ekolęk, lęk klimatyczny), fakty i mity klimatyczne, handel emisjami CO2, hipoteza pistoletu metanowego, naturalna zmienność klimatu, neutralność klimatyczna, neutralność węglowa, odnawialne źródła energii, rekompensata węglowa, sekwestracja CO2, ślad ekologiczny, ślad węglowy, ślad wodny, węglowy rezerwuar, zielona transformacja energetyczna, zielony rozwój, zrównoważony rozwój

efekt cieplarniany, gazy cieplarniane, globalne ocieplenie
dwutlenek węgla, freony (chlorofluorowęglowodory CFC), metan, ozon, podtlenek azotu

międzynarodowe organizacje, petycje, protokoły, umowy:
Europejski System Handlu Emisjami (EU ETS), Europejski Zielony Ład, funduszu Loss and Damage, Green Climate Fund, Konferencje Stron COP (Conferences of the Parties), Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC), Petycja Oregońska, Porozumienie Paryskie, Protokół z Kioto, Ramowa konwencja Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu (United Nations Framework Convention on Climate Change – UNFCCC, FCCC)

zagrożenia ekologiczne związane z zmianami klimatu:
blaknięcie (bielenie) raf koralowych, El Niño, ekstremalne zjawiska, gatunki zagrożone wyginięciem, geoinżynieria klimatu, gwałtowne zmiany pogody, huragany, kwaśny deszcz, La Niña, miejska wyspa ciepła, migracje gatunków, migracja ludności, ocieplenie oceanu, odtlenienie oceanu, osuwiska i tsunami, otwarcie nowych szlaków handlowych, paliwa kopalne, podtopienia, powodzie, punkty krytyczne w ziemskim systemie klimatycznym, pustynnienie, redukcja morskiej pokrywy lodowej (zmniejszenie zasięgu i frekwencji lodu morskiego), sprzężenia zwrotne w ziemskim systemie klimatycznym, straty ekonomiczne, susza, topnienie lodowców i lądolodów, topnienie lodu morskiego, topnienie wiecznej zmarzliny, ubożenie (utrata) różnorodności biologicznej, wydłużony okres wegetacyjny roślin, wylesianie (deforestacja), wymieranie gatunków, wzrost poziomu mórz i oceanów, wzrost śmiertelności, zakwaszenie wód (rzek, jezior, mórz i oceanów), zmniejszony dopływ słodkiej wody, zanieczyszczenie powietrza, zanieczyszczenie środowiska, zmiana (modyfikacja) cyrkulacji atmosferycznej, zmiana cyrkulacji termohalinowej (zaburzenie cyrkulacji oceanicznej), zwiększenie produkcji rolnej, zwiększenie powierzchni tundry w Arktyce, zwiększony zasięg występowania wektorów przenoszących zakaźne drobnoustroje (rozprzestrzenianie się chorób)

Wiedza ekologiczna – dodatkowe informacje:
aforyzmy ekologiczne, biblioteka ekologa, biblioteka młodego ekologa, ekoprognoza, encyklopedia ekologiczna, hasła ekologiczne, hasztagi (hashtagi) ekologiczne, kalendarium wydarzeń ekologicznych, kalendarz ekologiczny, klęski i katastrofy ekologiczne, największe katastrofy ekologiczne na świecie, międzynarodowe organizacje ekologiczne, podcasty ekologiczne, poradniki ekologiczne, (nie) tęgie głowy czy też (nie) najtęższe umysły, znaki i oznaczenia ekologiczne

Dziękuję, że przeczytałaś/eś powyższe informacje do końca. Jeśli cenisz sobie zamieszczane przez portal treści zapraszam do wsparcia serwisu poprzez Patronite.

Możesz również wypić ze mną wirtualną kawę! Dorzucasz się w ten sposób do kosztów prowadzenia portalu, a co ważniejsze, dajesz mi sygnał do dalszego działania. Nad każdym artykułem pracuję zwykle do późna, więc dobra, mocna kawa wcale nie jest taka zła ;-)

Zapisz się na Newsletter i otrzymuj email z ekowiadomościami. Dodatkowo dostaniesz dostęp do specjalnego działu na stronie portalu, gdzie pojawiają się darmowe materiały do pobrania i wykorzystania. Poradniki i przewodniki, praktyczne zestawienia, podsumowania, wzory, karty prac, checklisty i ściągi. Wszystko czego potrzebujesz do skutecznej i zielonej rewolucji w twoim życiu. Zapisz się do Newslettera i zacznij zmieniać świat na lepsze.

Chcesz podzielić się ciekawym newsem lub zaproponować temat? Skontaktuj się pisząc maila na adres: informacje@wlaczoszczedzanie.pl

Więcej ciekawych informacji znajdziesz na stronie głównej portalu Włącz oszczędzanie