Distikstofmonoxide

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
(Doorverwezen vanaf Lachgas)
Ga naar: navigatie, zoeken
Lachgas
Structuurformule en molecuulmodel
Nitrous-oxide-2D-VB.png
Nitrous-oxide-dimensions-3D-balls.png
Nitrous-oxide-3D-vdW.png
Algemeen
Molecuulformule
     (uitleg)
N2O
Andere namen distikstof(mono)oxide, stickoxydul, E 942
Molmassa 44,01 g/mol
CAS-nummer 10024-97-2
EG-nummer 233-032-0
Beschrijving kleurloos gas
Vergelijkbaar met stikstofoxide, stikstofdioxide
Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen
Oxiderend
[1]
H-zinnen R8[1] R62 R63[2]
P-zinnen S9, S17[1]
Omgang niet inademen, contact vermijden
Opslag bewaren bij een temperatuur lager dan 50 °C; verwijderd houden van hitte, vonken en open vlammen
VN-nummer 1070
MAC-waarde 100 ml/m³
180mg/m³
Fysische eigenschappen
Aggregatietoestand gasvormig
Kleur kleurloos
Dichtheid 1,53 10-3 g/cm³
Smeltpunt -90,8[1] °C
Kookpunt -88,5[1] °C
Dampdruk 5,0599 · 106 [1] Pa
Oplosbaarheid in water 1,2[1] g/L
Goed oplosbaar in water
Geometrie en kristalstructuur
Dipoolmoment 0,166 D
Thermodynamische eigenschappen
ΔfHog 82,05 kJ/mol
Sog, 1 bar 219,96 J/mol·K
Waar mogelijk zijn SI-eenheden gebruikt. Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal  Portaalicoon   Scheikunde

Distikstof(mono)oxide, voorheen stikstofoxidule, triviale naam lachgas, is een verbinding van stikstof en zuurstof met de formule N2O. Lachgas is een anesthetisch gas, dat wordt gebruikt bij verdovingen, maar het wordt ook gebruikt in motoren om het motorvermogen te verhogen. In de atmosfeer is lachgas een broeikasgas.

Het is een kleurloos gas met een licht zoete smaak en geur. Het is zelf niet brandbaar maar is wel een krachtige oxidator en kan dus ook verbranding van brandbare stoffen versterken. Het kan worden gemaakt in het laboratorium door verwarming van ammoniumnitraat in een vuurvaste reageerbuis voorzien van een gasopvangsysteem. Eerst komt daarbij ammoniakgas en waterstofnitraat vrij, maar door opvang onder water door waterverdringing, ontstaat lachgas.

Bij inademing ontstaat een bewustzijnsdaling die enigszins lijkt op dronkenschap.

Het gas bestaat uit lineaire N-N-O moleculen, die iso-elektronisch zijn met CO2, NO2+ en N3-.

Lachgas kan op verschillende wijzen bereid worden, bijvoorbeeld uit ontleding van nitraten of van hyposalpeterigzuur:

H2N2O2 → N2O + H2O.

Geschiedenis[bewerken]

Het gas werd al in 1776 ontdekt, maar het duurde nog twintig jaar voordat sir Humphry Davy ermee ging experimenteren. Hij was medewerker van het Pneumatic Institute in Bristol, waar men het therapeutische gebruik van gassen onderzocht.
Al snel werd lachgas populair in Engelse artistieke kringen. Niet alleen de dichter Samuel Coleridge genoot ervan, ook de uitvinder James Watt was een enthousiaste gebruiker. In de loop van de negentiende eeuw werd lachgas een attractie op de kermis. Giechelende toeschouwers keken toe hoe anderen in een roes kwamen van het gas, of omvielen en buiten westen raakten.
Deze vorm van vermaak verdween weer, maar het gebruik bij kleine operaties in ziekenhuizen en bij tandartsen werd zeer algemeen.

In Engeland is een mengsel van lachgas en zuurstof onder de naam 'entonox' nog steeds zeer gebruikelijk als door de moeder zelf te doseren pijnstilling bij bevallingen. Op de operatiekamer wordt lachgas nog steeds veel gebruikt, maar vrijwel altijd in combinatie met andere middelen zoals enfluraan.

Gebruik en werking[bewerken]

Bij hogere temperaturen (±300 °C) ontleedt het gas in stikstof en zuurstof. Het wordt toegepast om aziden te maken volgens:

300 °C
NaNH2 + N2O → NaN3 + H2O(g)

Ook wordt het toegepast als drijfgas in spuitroom omdat het vrij goed in vetten oplosbaar is, vooral onder hogere drukken. Bij het uittreden uit de spuitbus komt het gas weer uit de oplossing en werkt als blaasmiddel. Het wordt dan aangeduid met E942.

Distikstofoxide is ook een oxidatiemiddel waarmee een alkeen geoxideerd kan worden tot een carbonylverbinding (een keton of een aldehyde). Zo kan men cyclopenteen of cyclohexeen omzetten in cyclopentanon of cyclohexanon zonder gebruik te maken van een katalysator. N2O reageert met de dubbele binding, staat zijn zuurstofatoom af aan de onverzadigde koolwaterstof en distikstof komt vrij.[3][4]

Medisch en recreatief gebruik[bewerken]

Lachgas wordt al ruim 200 jaar in de medische wereld gebruikt. Het kan gebruikt worden voor zowel sedatie als ook voor algehele anesthesie. Behalve slaap (hypnosis) geeft lachgas ook pijnstilling (analgesie). In de moderne anesthesiologie wordt lachgas altijd in combinatie met zuurstof en vrijwel altijd in combinatie met andere narcosemiddelen gebruikt. Momenteel neemt het gebruik in Nederland af door de opvolging van nieuwere dampen zoals desfluraan en sevofluraan en door de introductie van intraveneuze anesthetica met name propofol (diprivan).

Lachgas hoort bij de dampvormige anesthetica, net als bijvoorbeeld ether, cyclopropaan, chloroform, halothaan, enfluraan, sevofluraan en desfluraan. De MAC-waarde van lachgas is 101%. De MAC-waarde is gedefinieerd als de minimale alveolaire concentratie waarbij 50% van de proefpersonen niet meer reageert op een gestandaardiseerde chirurgische prikkel. Daarmee is lachgas een van de minst potente dampen.

Werking[bewerken]

De exacte werking waardoor bij dampvormige anesthetica anesthesie ontstaat is nog niet geheel bekend. Het werkt als een anestheticum en geeft een toestand van diepe slaap ook wel narcose of algehele anesthesie genoemd. Het geeft tevens pijnstilling (analgesie), werkt anxiolytisch (angstverminderend) en een minimale verslapping (spierrelaxatie). Lachgas wordt als analgeticum gebruikt buiten het ziekenhuis in de vorm van entonox (een mengsel van 50% zuurstof en 50% lachgas). Een voorbeeld hiervan is pijnstilling in de ambulance. Ook binnen de tandheelkunde wordt lachgas toegepast vanwege de pijnstillende en angstverminderende werking. Dit gebeurt volgens de zogeheten "titratiemethode", waarbij de optimale verhouding tussen lachgas en zuurstof per patiënt individueel bepaald wordt. In het ziekenhuis wordt hier en daar lachgas nog toegepast buiten de operatiekamer bv. in verloskamers en op de afdeling spoedeisende hulp .

Bijwerkingen[bewerken]

Lachgas geeft in tegenstelling tot de andere dampvormige anesthetica geen maligne hyperthermie bij gevoelige personen. Lachgas heeft minimale bijwerkingen op de circulatie (zoals lage bloeddruk) en op de ventilatie (ademhalingsdemping). Een zeer snelle verspreiding in gasbevattende holtes is mogelijk, wat bij ontwaken kans op zuurstofgebrek geeft door verdringing van zuurstof in de longblaasjes (diffusiehypoxie). In dit geval moet eerst het lachgas verwijderd worden voordat zuurstof succesvol toegediend kan worden. Daarnaast is lachgas gecontraïndiceerd bij operaties aan het middenoor en bij darmoperaties (met name een totale afsluiting: ileus). Tevens is er gevaar van het geven van lachgas bij een pneumothorax (klaplong). Langdurige blootstelling kan het beenmerg onderdrukken (soms geeft men hiervoor extra folinezuur). Er is nog onzekerheid over het effect van lachgas op het ongeboren kind, waardoor de toepassing ervan tijdens zwangerschap afgeraden wordt. Goede afzuigapparatuur (zoals op de operatiekamer) is noodzakelijk. Lachgas is zelf niet brandbaar, maar onderhoudt wel de verbranding: een brandende houtspaan die in lachgas wordt gehouden brandt door omdat het lachgas bij hoge temperaturen ontleedt in stikstof en zuurstof. Dit kan een risico op brand en verbranding vormen als lachgas zich onder operatielakens ophoopt en er met ontstekingsbronnen (zoals elektrocauters) gewerkt wordt. Lachgas heeft een negatieve werking op de neuronenverbindingen in de hersenen.

Alle bijwerkingen van lachgas worden waarschijnlijk veroorzaakt door vitamine B12 deficiëntie en door een gebrek aan methionine.[5]

Invloed op vitamine B12 status[bewerken]

Lachgas zet de actieve (gereduceerde) vorm van vitamine B12 om in een onwerkzame analoog door een sterk oxiderende werking op kobalt.[6] Daardoor wordt het enzym methioninesynthase, een sleutelenzym in de methionine en foliumzuurstofwisseling sterk geremd,[7] waardoor onder andere hyperhomocysteïnemie en de neurologische gevolgen van vitamine B12-deficiëntie op de loer liggen.[7]

Lachgas wordt wel gebruikt bij dierproeven om dieren een B12-gebrek te bezorgen. Ook bij mensen is het in staat om een vitamine B12 deficiëntie te veroorzaken, vooral bij mensen met een marginale vitamine B12 reserve. Bij psychische stoornissen samenhangend met een geschiedenis van lachgasmisbruik of -blootstelling moet er altijd rekening mee worden gehouden dat deze veroorzaakt worden door een tekort aan vitamine B12.[8][9]

Risico's bij medisch gebruik[bewerken]

Het risico bij medisch gebruik is vaak afhankelijk van het soort ingreep maar over het algemeen zeer veilig

Oude en reeds lang niet meer toegepaste medische handelingen (langere dosering van 100% lachgas zonder zuurstof) hebben lachgas een slechte naam gegeven, maar het wordt toch al twee eeuwen succesvol gebruikt in de medische wereld.

Bij lichte dosering (tot 50%) van lachgas treedt sedatie op. Bij hogere dosering is het sedatief effect sterker. Het uitvoeren van een operatie onder N2O-anesthesie is niet mogelijk, daar de analgetische (pijnstillende) werking van dit gas te zwak is.

Bij doseringen van 100% lachgas kan er een tekort aan zuurstof (diffusie hypoxie) ontstaan. Dit zuurstoftekort kan de werking van de hersenen beïnvloeden, waardoor duizelingen, hoofdpijn, evenwichtsstoornissen en dergelijk kunnen optreden. Zuurstoftekort is ook erg gevaarlijk voor zwangere vrouwen, omdat het een miskraam en geboorteafwijkingen kan veroorzaken.

Lachgas heeft een teratogeen effect en kan daarnaast ook een effect op zaad- en eicellen hebben. Hierom wordt het gebruik van lachgas afgeraden wanneer een van de aanwezigen, zowel de patiënt als leden van het behandelend team, op korte termijn een kinderwens hebben.

Echter, over het algemeen zijn de risico's bij medisch gebruik gering, mits incidenteel gebruikt. Bij langdurig en regelmatig gebruik kunnen onder meer neurologische effecten, lijkend op Parkinson-symptomen, optreden, waarschijnlijk door de neurologische effecten van de door lachgas geïnduceerde vitamine B12 deficiëntie.

Risico's bij recreatief gebruik[bewerken]

Over het algemeen is amusementsgebruik niet onveiliger dan medisch gebruik, dit omdat het gas meestal door een ballon geïnhaleerd wordt. Zodra de gebruiker dreigt het bewustzijn te verliezen, zal de ballon wegvliegen, en krijgt de gebruiker weer zuurstof.

Echter, de "medische wijze" van het toedienen van lachgas (met een mondstuk) kan als dit niet secuur gebeurt, wel een risico betekenen. Zodra de gebruiker het bewustzijn verliest valt een mondkapje niet direct af en kan er zuurstoftekort optreden.

Tijdens sedatie kan onoplettendheid optreden waardoor deelname aan het verkeer erg gevaarlijk is. Echter, lachgas verlaat het lichaam zeer snel dus zodra de inname wordt gestopt verdwijnt dit effect binnen 5 minuten. Meestal is het effect na één minuut al uitgewerkt. Het veroorzaakt derealisatie, euforie, duizeligheid en vervorming in geluid (geluid krijgt een echo/Wahwah effect, of de gebruiker hoort een zoemend geluid). Na dit gas veel te inhaleren blijft er een zweverig tintelend gevoel in het lichaam.

Bij veelvuldig recreatief gebruik liggen de risico's van vitamine B12 deficiëntie op de loer, zich veelal uitend in een diversiteit aan neurologische symptomen.

Dosering[bewerken]

Lachgas wordt via een pijpleiding of lachgasfles toegevoegd aan het zuurstof/luchtmengsel, waaraan nog een ander dampvormig anestheticum wordt toegevoegd. Hiermee wordt een patiënt dan beademd. De dosering wordt uitgedrukt in een percentage. Meestal wordt bij volwassenen tussen de 60 en 70% gebruikt tijdens de narcose (ongeveer 0,6 maal de MAC-waarde). Lachgas is niet prikkelend en kan vanwege de zwakke potentie niet gebruikt worden om iemand met een kap onder narcose te brengen. Voor elk dampvormig anestheticum is er een MAC-waarde vastgesteld zodat de sterkte onderling te vergelijken is.

Distikstofmonoxide of lachgas in motoren[bewerken]

Lachgascilinder op een motorfiets die in een dragrace wordt gebruikt.

In het begin van de Tweede Wereldoorlog werd door de Duitse vliegtuigindustrie ontdekt dat door toevoegen van lachgas in de verbrandingskamers van een interne verbrandingsmotor, het vermogen van de motor kon worden verhoogd. Duizenden Duitse gevechts- en verkenningsvliegtuigen waren uitgerust met het zo genoemde 'GM-1' systeem dat lachgas toevoegde aan de inlaat van de motor om zo de lagere luchtdichtheid en zuurstofarmoede op grote hoogten te compenseren. Ook de Britse luchtmacht (Royal Air Force) gebruikte vliegtuigmotoren met een door lachgas verhoogd prestatievermogen.

Bij een temperatuur van 296 °C ontbindt lachgas in stikstof en zuurstof. Wanneer het wordt toegevoegd in het inlaatspruitstuk van de motor, wordt het de verbrandingskamer ingezogen. Wanneer vervolgens de temperatuur tijdens de compressiefase een hoogte van 296 °C bereikt, zal een zeer zuurstofrijke mix ontstaan. Als tijdens de inspuiting van het gas extra brandstof wordt toegevoerd, ontstaat het effect van een supercharger, dit wil zeggen een grotere compressieverhouding in de motor. Lachgasinstallaties in auto's werken zoals de naverbrander van een straaljager, en worden gebruikt voor een korte periode van verhoogd vermogen van zo'n 25 tot 35%.

Lachgas als broeikasgas

Lachgas voor voertuigen heet ook wel nitro, afkomstig van het Engelse woord nitrous. In de Verenigde Staten gebruikt men vaak de term NOS, dat staat voor Nitrous Oxide System. Men gebruikt deze term vaak omdat de meeste mensen dit zien als standaard nitro voor voertuigen.

Dit gebruik van de term "nitro" moet niet verward worden met de nitromethaan die als "Top-Fuel" brandstof gebruikt wordt in dragraces.

Milieu[bewerken]

Lachgas is een broeikasgas. Deze broeikaswerking is 310 maal groter dan die van koolstofdioxide. In het algemeen is de uitstoot van lachgas relatief beperkt, ook op wereldschaal. Het kan echter tot anderhalve eeuw duren voordat het afgebroken is. Daarom wordt het ook tot de belangrijkste broeikasgassen gerekend, waarbij het tot 7% van het broeikaseffect verklaart. Het gebruik van lachgas in spuitroom zou om die redenen verboden kunnen worden.[2] Ook is er toenemende aandacht voor het negatieve effect op de ozonlaag.[10][11]

De belangrijkste bronnen van lachgas zijn de landbouw (33,5%) (met name het gebruik van mest en kunstmest; lachgas komt ook vrij door het scheuren (omploegen) van grasland), de chemische industrie (38,2%), bijvoorbeeld bij de productie van nylon,[12] verbranding van fossiele brandstoffen (28%) en afvalverbranding (11%).

Externe links[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. a b c d e f g (en) Gegevens van Distikstofmonoxide in de GESTIS-stoffendatabank van het Duitse Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) (geraadpleegd op 21 januari 2009) (JavaScript vereist)
  2. a b Lachgas Status Ge­pu­bli­ceerd 2 mei 2000 Down­load pu­bli­ca­ties Op verzoek van de Mi­nis­ter van Sociale Zaken en Werk­ge­le­gen­heid be­oor­deelt de Ge­zond­heids­raad de ef­fec­ten op de re­pro­duc­tie van stoffen waaraan mensen tijdens de be­roeps­uit­oe­fe­ning kunnen worden bloot­ge­steld. De Com­mis­sie Re­pro­duc­tie­toxi­sche stoffen, een com­mis­sie van de Raad, ad­vi­seert een clas­si­fi­ca­tie van re­pro­duc­tie­toxi­sche stoffen volgens Richt­lijn 93/21/EEC van de Eu­ro­pe­se Unie. In het voor­lig­gen­de rapport heeft de com­mis­sie lachgas onder de loep genomen. De aan­be­ve­lin­gen van de com­mis­sie zijn:
    • Voor effecten op de fertiliteit adviseert de commissie lachgas in categorie 3 (stoffen die in verband met hun mogelijke voor de vruchtbaarheid van de mens schadelijke effecten reden geven tot bezorgdheid) te classificeren en met R62 (mogelijk gevaar voor verminderde vruchtbaarheid) te kenmerken.
    • Voor effecten op de ontwikkeling adviseert de commissie lachgas in categorie 3 (stoffen die in verband met hun mogelijke voor de ontwikkeling schadelijke effecten reden geven tot bezorgdheid voor de mens) te classificeren en met R63 (mogelijk gevaar voor beschadiging van het ongeboren kind) te kenmerken.
    • Voor effecten tijdens lactatie adviseert de commissie om lachgas niet te kenmerken wegens onvoldoende gegevens.
  3. Gennady I. Panov et al., "Non-catalytic liquid phase oxidation of alkenes with nitrous oxide. 1. Oxidation of cyclohexene to cyclohexanone." Reaction Kinetics and Catalysis Letters 2002, Vol. 77 No. 2, blz. 401-046. DOI:10.1023/A:1016564818065
  4. Konstantin A. Dubkov et al., "Non-catalytic liquid phase oxidation of alkenes with nitrous oxide. 2. Oxidation of cyclopentene to cyclopentanone." Reaction Kinetics and Catalysis Letters 2002, Vol. 77 No. 1, blz. 197-205. DOI:10.1023/A:1020372726494
  5. (en) Yagiela JA. Health hazards and nitrous oxide: a time for reappraisal. (1991) Anesth Prog 38:1-11. PMID 1809046 gratis volledige artikel
  6. (en) Chanarin I. The effects of nitrous oxide on cobalamins, folates, and on related events. (1982) Crit Rev Toxicol 10:179-213. PMID 6127188.
  7. a b (en) Weimann J. Toxicity of nitrous oxide. (2003) Best Pract Res Clin Anaesthesiol 17:47-61. PMID 12751548.
  8. (en) Sethi NK, Mullin P, Torgovnick J, et al. Nitrous oxide "whippit" abuse presenting with cobalamin responsive psychosis. (2006) J Med Toxicol 2:71-74. PMID 18072118 gratis volledige artikel
  9. (en) Carmel R. Current concepts in cobalamin deficiency. (2000) Annu Rev Med 51:357-375. PMID 10774470.
  10. Maandag 14 september 2009 - Onderzoek van de Amerikaanse National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) wijst uit dat lachgas, oftewel distikstofoxide (N2O), inmiddels het meest uitgestoten ozonafbrekend gas is geworden.
  11. Laughing gas is biggest threat to ozone layer - environment - 27 August 2009 - New Scientist
  12. Hagendoorn, Arja - Een gat in de lucht-producten die de lucht aantasten en hun alternatieven. Milieudefensie en Milieutelefoon. April 1991