空氣污染物---氮氧化物
氮氧化物
氮氧化物指的是只由氮、氧兩種元素組成的化合物。常見的氮氧化物如下:
一氧化氮(NO)
二氧化氮(NO2)
一氧化二氮(N2O)
疊氮化亞硝酰(N4O)
三氧化氮自由基(NO3)
三氧化二氮(N2O3)
五氧化二氮(N2O5)
三硝基胺(N(NO2)3)
其中除五氧化二氮常態下呈固體外,其他氮氧化物常態下都呈氣態。作為空氣污染物的氮氧化物(NOx)常指NO和NO2。
圖1氮氧化物的模型(紅色為氧,藍色為氮)
從左到右,從上至下分別為NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5
化學性質
氮氧化物都為非可燃物,不過都可以助燃。因此一氧化二氮、二氧化氮和五氧化二氮等遇高溫或可燃性物質能引起爆炸。氮氧化物中有許多酸酐,遇水可生成硝酸、亞硝酸等酸類。
此外許多氮氧化物有毒,且多為神經毒氣。純的一氧化二氮無毒性。有神經毒性的系不純的一氧化二氮含有其他的氮氧化物,如二氧化氮:對人體神經危害,會破壞人體之中樞神經,長期吸入會引起腦性麻痹等危害。特別是二氧化氮的危害特別明顯,大量吸入時會引起中樞神經麻痹,記憶喪失,四肢癱瘓,甚至死亡等病變。一氧化氮亦可與血紅蛋白結合引起高鐵血紅蛋白血癥。
下面對部分常見的氮氧化物進行詳細介紹。
一氧化氮(NO)
一氧化氮是氮的化合物,化學式NO,分子量30,氮的化合價為+2。由于一氧化氮帶有自由基,這使它個化學性質非常活潑。具有順磁性。當它與氧反應后,可形成具有腐蝕性的氣體——二氧化氮(NO2)。一氧化氮在標準狀況下為無色氣體,液態、固態呈藍色。
一氧化氮起著信號分子的作用。當內皮要向肌肉發出放松指令以促進血液流通時,它就會產生一些一氧化氮分子,這些分子很小,能很容易地穿過細胞膜。血管周圍的平滑肌細胞接收信號后舒張,使血管擴張。
免疫系統產生的一氧化氮分子,不僅能抗擊侵入人體的微生物,而且還能夠在一定程度上阻止癌細胞的繁殖,阻止腫瘤細胞擴散。
在神經系統中,一氧化氮促進學習、記憶過程,并可調節腦血流。
一氧化氮對血管有三大作用:1、血管擴張2、防止低密度脂蛋白(LDL)氧化,降低單核細胞黏附血管壁3、降低血小板的黏稠度。
二氧化氮(NO2)
二氧化氮(化學式:NO2),是氮氧化物之一。室溫下為有刺激性氣味的紅棕色順磁性氣體,易溶于水。二氧化氮吸入后對肺組織具有強烈的刺激性和腐蝕性。作為氮氧化物之一的二氧化氮,是工業合成硝酸的中間產物,每年有大約幾百萬噸被排放到大氣中,是一種重要的大氣污染物。
二氧化氮是一種影響空氣質量的重要污染物。雖然吸入二氧化氮會導致中毒反應,但由于二氧化氮過于刺激反而使得中毒事故較容易避免。在吸入少量但潛在致命的劑量的二氧化氮后,中毒癥狀(肺水腫)會在幾小時后顯現。低濃度(4ppm)的二氧化氮會使鼻子麻痹,從而可能導致過量吸收。長期暴露在NO2濃度為40到100毫克/立方米的環境中會導致不利的健康影響。
重要的NO2排放源是內燃發動機,火力發電廠,以及制漿廠。大氣核試驗也是二氧化氮的一個來源。這也是核爆時蘑菇云略帶紅色的緣故。這些過程都需要大量的空氣來幫助燃燒,從而將氮氣引入到高溫的燃燒反應中,終產生了氮氧化物。因此,控制氮氧化物要求精細的控制為助燃而吸入的空氣量。并且二氧化氮對大氣化學(比如對流層臭氧的形成)有影響。
一氧化二氮(N2O)
一氧化二氮或氧化亞氮(英語:Nitrous oxide),無色有甜味氣體,又稱笑氣,是一種氧化劑,化學式N2O,在一定條件下能支持燃燒,但在室溫下穩定,有輕微麻醉作用,其麻醉作用于1799年由英國化學家漢弗萊·戴維發現。該氣體早期被用于牙科手術的麻醉,現用在外科手術和牙科。“笑氣”的名稱是由于吸入它會感到欣快,并能致人發笑。一氧化二氮能溶于水、乙醇及濃硫酸,但不與水反應。它也可以用來作為火箭和賽車的氧化劑,以及增加發動機的輸出功率。一氧化二氮是強溫室氣體。
增加車輛速度:使用氮氧加速系統的改裝車輛將一氧化二氮送入引擎,遇熱分解成氮氣和氧氣,提高引擎燃燒率,增加速度。氧氣有助燃作用,加快燃料燃燒。
火箭氧化劑:一氧化二氮可以用作火箭氧化劑。這比其他氧化劑優勢化處是因為它是無毒的,在室溫下穩定,易于儲存和相對安全地進行飛行。第二個好處是可以很容易分解成呼吸的空氣。
用作麻醉劑:醫生會讓病人吸入一氧化二氮和氧氣,以降低對疼痛的感覺,同時讓病人在清醒狀態,作出相應的口腔動作。
一氧化二氮的主要安全隱患在于,它是一種有分解性的麻醉劑,而且通常以加壓液化的形式儲存。在正常儲存時,它是很穩定的,使用起來也很安全。但是如果錯誤地使用,它會很容易分解而且很有可能爆炸。液態的一氧化二氮是有機物的良好溶劑,不過用它制成溶液有可能會生成一些對外界刺激敏感的爆炸性物質。一氧化二氮和少量的燃料的混合物發生爆炸,隨即引起剩余一氧化二氮的爆炸性分解。