Nitrous oxide

一氧化二氮，又称氧化亚氮或笑气，是一种氮氧化物，化学式为N₂O。室温下为无色、不可燃气体，带有微甜的气味和味道。受热时，它会成为强氧化剂，类似于分子氧。在医学上，它被用作麻醉剂和止痛药，尤其在外科和牙科手术中，并被列入世界卫生组织基本药物标准清单。其俗称“笑气”由汉弗里·戴维创造，指吸入后产生的短暂欣快感，这也使其成为一种具有分离效应的娱乐性药物。长期滥用会因灭活维生素B12而导致神经损伤。除医学用途外，一氧化二氮还用作火箭推进剂和赛车燃料中的氧化剂，以及掼奶油的推进剂。在环境方面，它是一种污染物：2020年，大气中其浓度达到333 ppb，并以每年约1 ppb的速度增加。它是平流层臭氧的主要破坏者，与氯氟烃相当，并且是第三大温室气体，对全球变暖有显著贡献。约40%的人为排放来自农业，其中土壤微生物将氮肥分解为一氧化二氮。减少这些排放是气候变化政策的关键目标。

该气体于1772年由英国自然哲学家兼化学家约瑟夫·普里斯特利首次合成，他称之为“去燃素的亚硝气”或“可燃亚硝气”。他在1775年的著作《不同种类空气的实验与观察》中描述了其制备方法——通过加热用硝酸润湿的铁屑。首次重要的医学应用来自托马斯·贝多斯和詹姆斯·瓦特，他们合著了《关于人造空气的医学用途及其生产的思考》（1794年）。这项工作意义重大，原因有二：瓦特发明了一种生产“人造空气”（包括一氧化二氮）的机器和吸入这些气体的呼吸装置；贝多斯提出，肺结核和其他肺部疾病可通过吸入这些气体来治疗。该机器由三部分组成：用于燃烧材料的炉子、带有螺旋管以清洗气体杂质的水容器，以及一个装有气量计的圆柱体，气体可从该圆柱体转移到便携式密封丝袋中。呼吸装置通过一根管子将其中一个袋子连接到吸口。到1794年，这套设备已准备就绪，为临床试验铺平了道路。试验始于1798年，当时贝多斯在布里斯托尔霍特韦尔斯创立了气动研究所。在地下室，一台大型机器在年轻的汉弗里·戴维的监督下生产气体，他被鼓励为患者试验新气体。戴维的第一项主要工作是研究一氧化二氮，成果发表于《化学与哲学研究》（1800年）。在该书中，他指出了气体的镇痛作用（第465页）及其在外科手术中的潜力（第556页）。他还创造了“笑气”这一名称。尽管戴维发现吸入一氧化二氮可缓解清醒者的疼痛，但医生们又过了44年才尝试将其用作麻醉剂。与此同时，自1799年起，英国上层阶级的“笑气派对”娱乐用途开始流行。该气体通常使使用者感到昏昏沉沉、梦幻和镇静，但有些人会体验到欣快感和无法控制的大笑。美国最早的商业生产者之一是乔治·坡，他是诗人埃德加·爱伦·坡的表亲，也是首次将气体液化的人。一氧化二氮首次作为麻醉剂用于患者是在1844年12月11日，当时牙医霍勒斯·威尔斯在加德纳·昆西·科尔顿和约翰·曼基·里格斯的协助下，在一次拔牙过程中证明了无痛感。在接下来的几周里，威尔斯在康涅狄格州哈特福德治疗了12至15名患者，仅有两例失败。尽管他在1844年12月向波士顿医学会报告了这些结果，但该方法并未立即被采用——很可能是因为威尔斯在1845年1月的首次公开演示部分失败，使同事们产生了怀疑。直到1863年，科尔顿开始在纽黑文和纽约市的“科尔顿牙科协会”诊所使用它，该方法才得到普遍应用。在接下来的三年里，科尔顿及其同事成功地为超过25,000名患者使用了该气体。如今，一氧化二氮在牙科中用作抗焦虑药和局部麻醉的辅助剂。它被认为不足以用于医院的大型手术，而乙醚成为首选药物。