1.9. Веселящий газ, который не надо путать с угарным
Веселящий газ (N2O) – он же закись азота, он же оксид азота(I), он же, как любят говорить школьные учителя химии, «оксид одновалентного азота». Последнее, кстати, совершенно неправильно – ни одного атома одновалентного азота в закиси азота нет. Его строение таково:
Небольшое скучное отступление о природе химической связи – почему так сложно, а не так, как лихо любят рисовать школьные учителя и обученные ими дети: N – O–N? Все просто – у атома азота на внешней оболочке находятся три неспаренных (валентных) электрона. В гипотетической частице N – O–N по одному электрону от каждого атома азота идёт на образование связи с кислородом, и у каждого атома азота осталось бы по два неспаренных электрона, а у N – O–N должно быть ЧЕТЫРЕ неспаренных электрона. Строго говоря, частица с одним неспаренным электроном уже реакционноспособна (такие частицы, например – те самые радикалы-оксиданты, которыми СМИ пугают легковареных слушателей), а система с четырьмя неспаренными электронами должна реагировать с чем угодно «стремительным домкратом». Так вот – регулярно рассказываю это на курсах учителям, они добросовестно записывают, кивают, но потом возвращаются в школы и продолжают учить детей формуле N – O–N. Всё ж таки сложнее всего учить химии именно школьных учителей химии – любые попытки сломать их устоявшиеся представления о жизни и химии либо встречаются в штыки, либо игнорируются.
Закись азота была одним из газов, открытых в период развития химии, известного как «пневматическая химия», одним из известных химиков того времени – Джозефом Пристли. В 1772–1774 годах. Пристли открыл «щелочной воздух» – аммиак. Он детально исследовал полученный им при взаимодействии поваренной соли и серной кислоты «солянокислый воздух» – хлористый водород, который он собрал над ртутью. Действуя разбавленной азотной кислотой на медь, получил «селитряный воздух» – окись азота; на воздухе этот бесцветный газ бурел, превращаясь в диоксид азота. Пристли открыл закись азота, пропуская «селитряный воздух» через воду. В настоящее время закись азота получают, нагревая нитрат аммония, который распадется на воду и закись азота.
То, что закись азота вызывает эйфорию и обладает анестезирующими свойствами, было обнаружено довольно рано – это выяснил ещё один представитель пневматической химии Хэмфри Дэви где-то в 1790-х годах. Однако первый задокументированный пример практического использования закиси азота в медицине датируется 1844 годом, и первым человеком, применившим закись азота для анестезии, был американский дантист Хорас Уэллс.
Уэллс был дантистом-самоучкой и не имел специального образования. Впрочем, в первой половине XIX века стоматология в Америке была профессией весьма примитивной и отсталой. От дантиста требовалось лишь умение «выдёргивать» зубы, лишь немногие могли и умели делать большее.
Вечером 10 декабря 1844 года Уэллс попал на сеанс общественной демонстрации эффектов ингаляции веселящего газа, который проводил странствующий лектор Гарднер Квинси Кольтон. Полученные во время представления впечатления и наблюдения помогли Уэллсу прийти к заключению, что анестезирующее действие закиси азота можно успешно использовать при очень болезненной манипуляции – экстракции зуба.
На следующее утро Уэллс отправился в гостиницу, в которой остановился Кольтон, чтобы попросить у него некоторое количество закиси азота. Получив согласие, Уэллс решил испробовать обезболивающее действие закиси азота прежде всего на самом себе и обратился к другому дантисту – Джону Риггсу – с просьбой, чтобы тот удалил у него один здоровый зуб.
Все заинтересованные (Уэллс, Риггс, Кольтон и некоторые другие дантисты городка Хартфорд) собрались в приёмной Риггса в тот же день, 11 декабря, в послеобеденное время. Кольтон принёс газ и сам лично сделал ингаляцию большой дозы Уэллсу, а Риггс, воспользовавшись хорошим наркозом, вырвал у коллеги один из коренных моляров. Уэллс вскоре очнулся и с крайним энтузиазмом воскликнул: «Наступила новая эра в удалении зубов!» Он уверял всех присутствующих, что не почувствовал ни малейшей боли и что в процессе самой ингаляции он испытывал замечательно приятные ощущения. Это событие стало первым использованием закиси азота для обезболивания в стоматологии.
Дальнейший головокружительный успех карьеры казался Уэллсу столь же несомненным, насколько бесспорным и совершенным оказалось обезболивание при экстракции зуба, произведенной у него самого. Какое-то время он удалял зубы с ингаляцией веселящего газа в Хартфорде (причем анестезия случалась лишь в 50 % случаев), но потом, будучи в большей степени человеком действия, а не размышления, решил перебраться в город побольше – Бостон, где его ждала неудача.
В Бостоне Уэллс начал искать возможность проделать публичную демонстрацию в городской больнице, добился такой возможности, и один из гарвардских студентов согласился послужить объектом такого опыта при удалении зубов. Сейчас трудно понять, что случилось – была ли недостаточна концентрация газа, слишком рано прекратили ингаляцию, или же, наконец, добровольный подопытный оказался особо устойчивым против действия закиси, а может, он оказался слабонервным и кричал не от боли, а от страха, но во время удаления зуба он кричал. Студенты – коллеги подопытного – возмутились, заговорив о мошенничестве экспериментатора, Уэллса даже спихнули с эстрады. Очень огорченный, в полном отчаянии, он на следующее утро уехал обратно в Хартфорд, но и там его ждал удар. В Хартфорде он сделал ещё одну попытку публичной демонстрации, и на этот раз дал очень большую дозу закиси азота, что чуть не привело к смерти больного от удушья. Это окончательно разрушило последние надежды Уэллса. Он не только бросил попытки газовых наркозов, но окончательно оставил и свою профессию дантиста. Затем ингаляционный наркоз стали изучать люди менее импульсивные и более методичные, чем Уэллс, и в итоге веселящий газ стал применяться в качестве анестетика в 1860-е годы в Штатах, а затем и в Европе.
Закись азота до сих пор применяется для общего наркоза, правда, как раз те систематические изучения конца XIX века показали, что использовать чистую закись азота в качестве анестетика глубокого действия невозможно – в конце позапрошлого века его применяли в смеси с эфиром, в конце ХХ века перешли на другие добавки, как, например, изофуран. Тем не менее закись азота без добавок до сих пор применяется для неглубокого или для первичного наркоза – смесь закиси азота с воздухом в соотношении 1:1 иногда применяется при родах или перед введением более сильного обезболивающего.
Применение закиси азота для того, чтобы оживить прием или вечеринку, началось гораздо раньше, чем применение в медицине. Термин «веселящий газ» появился в 1819 году – в «Таймс» появилось объявление о «наглядных химических экспериментах с применением веселящего газа». В развлекательных целях закись азота начали использовать с 1799 года, наибольшее распространение «вечеринки с веселящим газом» получили в середине XIX века. Английский поэт Роберт Саути писал: «Я уверен, что на Небесах именно такой воздух, полный чудес и восхищения!» На таких вечеринках народ фактически токсикоманил, временами делая вдохи из резервуаров с закисью азота, смеясь без причины. Такое применение веселящего газа прекратилось в начале ХХ века, однако поскольку опьянение, вызванное закисью азота, сопровождается трансовым состоянием, веселящий газ временами применяется гипнологами при проведении наркогипноза.
С точки зрения наркотического эффекта закись азота относительно безопасна – она не вызывает физиологического привыкания, а только психологическое, не проявляя токсических свойств по отношению к организму. Тем не менее при чрезмерном вдыхании закиси азота всегда существует риск смерти от удушья: если легкие заполнены веселящим газом, туда уже не может попасть кислород, развивается кислородное голодание органов, которое может показаться человеку, находящемуся в состоянии наркотического опьянения, неопасным, однако понятно, что «показаться неопасным» и «быть неопасным» – это совсем разные вещи.
Помимо применения веселящего газа в медицине и для «поднятия настроения» известно его применение в технике. Закись азота представляет собой хороший окислитель, который применяется для увеличения мощности двигателя в автомобильных гонках и как окислитель ракетного топлива.
Веселящий газ поддерживает горение, а то, что его молекулярная масса совпадает с молекулярной массой углекислого газа (44 атомные единицы массы), отнюдь не поддерживающего горения, часто использовалось (в том числе и вашим покорным слугой) в олимпиадных задачах. Вот приходит дитё к выводу, что газ с массой 44 а.е.м., о котором говорится в задаче, горение поддерживает, да начинает репу чесать, что же это с его любимым углекислым газом случилось. Некоторые, правда, догадывались, но среднестатистическое большинство старательно рисовало не имеющие права на существование реакции горения в атмосфере углекислого газа.
Несмотря на то что в настоящее время закись азота всё же скорее вещество полезное, чем вредное, да и любители оттянуться в состоянии наркотического опьянения перешли с веселящего газа на другие препараты, с точки зрения атмосферной химии и атмосферных процессов закись азота – большая проблема. Веселящий газ представляет собой парниковый газ, парниковое действие которого в 200 выше, чем у равного с ним по массе диоксида углерода. К счастью, в атмосферу попадает не такое большое количество закиси азота, основными её источниками являются жизнедеятельность ряда микроорганизмов, а также побочные процессы превращения азотсодержащих удобрений.
И всё же, говоря о веселящем газе, стоит ещё раз подчеркнуть, что, несмотря на все его незначительные недостатки, мы должны относиться к нему с уважением и одобрением – это вещество стало применяться в качестве наркоза для операций, и, получив закись азота, доктора перестали резать по-живому или отключать человека перед операцией, аккуратно ударив его по голове тяжелым и тупым предметом.
