Distikstof(mono)oxide, voorheen stikstofoxidule, triviale naam lachgas, is een anorganische verbinding van stikstof en zuurstof met als brutoformule N2O. Lachgas kent binnen de moderne wetenschap en techniek vele toepassingen: het is een anesthetisch gas, dat wordt gebruikt bij verdovingen, maar het wordt ook gebruikt in verbrandingsmotoren om het motorvermogen te verhogen. In de atmosfeer is lachgas een krachtig broeikasgas.
Geschiedenis Het gas werd 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 Taylor 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.
Belangrijke eigenschappen en toepassingen Onder standaardomstandigheden is lachgas een kleurloos, chemisch inert, gas met een licht zoete smaak en geur, maar onder hoge druk in een raketmotor of een straalmotor is lachgas een krachtige oxidator en kan daar de verbranding van raketbrandstoffen versterken en/of gewone verbrandingsmotoren.
Kritische waarden en veiligheid Uit het fasediagram van lachgas is af te lezen dat lachgas een kritische temperatuur en kritische druk kent van ongeveer 309,56 K en 72,45 bar. Omdat de kritische temperatuur ruim 36 K boven het vriespunt van water ligt kan onder alle omstandigheden door verpleegkundigen en artsen in een medisch laboratorium veilig met gascilinders met lachgas gewerkt worden. Bij een druk van rond de 1,0 bar komt het kookpunt van lachgas rond de 185 K (−88 °C) te liggen. Een zwaar beschadigde, gescheurde of lek geraakte lachgascilinder zal nadat er een lek is ontstaan, snel afkoelen. Na het afkoelen zal veel minder lachgas uit de lekke cilinder weglekken.
Bereidingswijzen en productie Lachgas kan in het laboratorium worden gemaakt door verwarming van ammoniumnitraat in een vuurvaste reageerbuis voorzien van een gasopvangsysteem. Eerst komt daarbij ammoniakgas en waterstofnitraat vrij, maar door opvang onder water ontstaat door waterverdringing lachgas.
NH4NO3 -> NH3 + HNO3 -> N2O + 2 H2O
Lachgas kan ook op verschillende andere wijzen bereid worden, bijvoorbeeld uit ontleding van nitraten of van hyposalpeterigzuur:
H2N2O2 -> N2O + H2O
Narcose Bij inademing van lachgas ontstaat door een daling van de partiële zuurstofdruk hypoxie in het bloed, de longen en de hersenen, waardoor een bewustzijnsdaling optreedt die enigszins lijkt op dronkenschap. Bergbeklimmers ervaren ongeveer dezelfde verschijnselen wanneer ze een grote hoogte bereikt hebben.
Moleculaire en iso-elektronische structuren Het gas bestaat uit lineaire N-N-O-moleculen, die iso-elektronisch zijn met CO2-moleculen en met NO2+- en N3−-ionen.
Bij hogere temperaturen (±300 °C) kan lachgas via verschillende exotherme processen in stikstof en zuurstof ontleden: 2 N2O -> 2 N2 + O2
Het wordt toegepast om aziden te maken volgens: NaNH2 + N2O -> NaN3 + H2O
Drijfgassen en voedingsmiddelen 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.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, p. 401-046. 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, p. 197-205.
Medisch en recreatief gebruik Lachgas wordt al ruim 200 jaar in de medische wereld gebruikt. Het kan gebruikt worden voor zowel sedatie als ook voor algehele anesthesie (narcose). 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. Het gebruik neemt 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 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 bijvoorbeeld in verloskamers en op de afdeling spoedeisende hulp.
Bijwerkingen bij medische toepassing 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 beenmergdepressie veroorzaken (soms geeft men hiertegen extra foliumzuur). Lachgas is teratogeen, 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 doordat 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. Yagiela JA. Health hazards and nitrous oxide: a time for reappraisal. (1991) Anesth Prog 38:1-11. gratis volledige artikel
Invloed op vitamine B12-status Lachgas zet de actieve (gereduceerde) vorm van vitamine B12 om in een onwerkzame analoog door een sterk oxiderende werking op kobalt. Chanarin I. The effects of nitrous oxide on cobalamins, folates, and on related events. (1982) Crit Rev Toxicol 10:179-213. . Deze vorm van vitamine B12 is niet meer in staat tot activatie van het enzym methioninesynthase, een sleutelenzym in de methionine- en foliumzuurstofwisseling, Weimann J. Toxicity of nitrous oxide. (2003) Best Pract Res Clin Anaesthesiol 17:47-61. . maar vernielt ook een deel van dit enzym (de SAM-binding unit) ref: Drummond, Matthews., waardoor onder andere hyperhomocysteïnemie en de neurologische gevolgen van vitamine B12-deficiëntie veroorzaakt worden.
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. Sethi NK, Mullin P, Torgovnick J, et al. Nitrous oxide "whippit" abuse presenting with cobalamin responsive psychosis. (2006) J Med Toxicol 2:71-74. Carmel R. Current concepts in cobalamin deficiency. (2000) Annu Rev Med 51:357-375. .
Risico's bij medisch gebruik 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 (diffusiehypoxie) 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 ook afgeraden wanneer een van de aanwezigen, zowel de patiënt als leden van het behandelend team, op korte termijn een kinderwens hebben.Inspectie hield gevolg lachgas stil NTVG:Verminderde fertiliteit bij tandartsassistentes na blootstelling aan hoge concentraties N2O
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 thumb|Verbod gebruik lachgas in het uitgaansgebied van Groningen, de Poelestraat thumb|Lachgaspatronen achtergebleven na recreatief gebruik bij een school. thumb|left|Drugslab test het effect van lachgas. thumb|left|Do's-and-don'ts bij gebruik van lachgas. Het gas veroorzaakt het gevoel buiten de werkelijkheid te staan, gevoel van extreme vreugde, duizeligheid en vervorming in geluid (geluid krijgt een echo/wah-wah effect, of de gebruiker hoort een zoemend geluid).