Typen oksidit

Typen oksidit[1] ovat typen ja hapen muodostamia yhdisteitä.

Ominaisuudet

Huoneenlämpötilassa dityppi­pentoksidi on neste, muut kaasuja. Typpi­dioksidi on väriltään puna­ruskeaa, muut värittömiä.[2]

Typpi­monoksidi ja typpi­dioksidi ovat parittomia molekyylejä eli niissä on pariton määrä elektroneja. Tämän vuoksi ne ovat myös para­magneettisia aineita.[2]

Kemialliset reaktiot

Toisin kuin esimerkiksi hiilen palaminen, typen oksidien muodostuminen alku­aineistaan on endoterminen eli lämpöä sitova reaktio, ja se voi tapahtua vain korkeissa lämpö­tiloissa. Esimerkiksi typpi­monoksidin muodostumislämpö on +93 kilojoulea moolia kohti.[2].

Typen oksidit ovat melko epävakaita yhdisteitä, jotka voivat helposti hajota alku­aineikseen.[2] Huoneen­lämpö­tilassa typpiidioksidi ja sen dimeerinen muoto, dityppitetroksidi, muodostavat kaasuseoksen, jossa ne muuttuvat jatkuvasti toisikseen. Korkeammassa lämpötilassa dityppi­tetroksidin osuus pienenee, eikä sitä yli 100 °C:n lämpö­tilassa esiinny käytännössä lainkaan.[2]

Reagoidessaan veden kanssa typen oksidit muodostavat helposti voimakkaita happoja. Esimerkiksi dityppi­pentoksidi reagoi veden kanssa muodostaen typpihappoa:

N2O5 + H2O → 2 HNO3

Myös typpidioksidi reagoi veden kanssa muodostaen sekä typpi­happoa että typpihapoketta:

2 NO2 + H2O → HNO2 + HNO3

Typen oksidit ilmassa

Kun puhutaan typen oksideista ilmassa, tarkoitetaan yleensä typpimonoksidia (NO) ja typpidioksidia (NO2). Ammattislangissa niistä käytetään yhteisnimitystä noxit, sillä niiden kemialliset kaavat voidaan esittää muodossa NOx. Nämä molemmat ovat kaasuja, joita esiintyy pieniä määriä ilmakehässä luonnostaankin, mutta pääasiassa ihmisen toiminnan aiheuttamina ilmansaasteina. Polttoprosesseissa syntyy pääasiassa typpimonoksidia, joka hapettuu ilmassa otsonin vaikutuksesta haitallisemmaksi typpidioksidiksi.[3][4]

Tavallisissa lämpötiloissa ilmakehän typpi ja happi eivät reagoi keskenään.[2] Sen sijaan korkeissa lämpötiloissa, kuten palamisen yhteydessä, typen oksideja muodostuu helposti. Suurin osa kaupunki-ilmassa esiintyvistä typen oksideista aiheutuu liikenteen päästöistä, mutta valtakunnallisesti yhtä paljon vapautuu energiatuotannon polttoprosesseissa (polttoaineina mm. kivihiili, maakaasu, öljy, biomassat) sekä teollisuudesta.[3][5] Typen oksidien pitoisuudet ovat suurimmillaan keväällä sekä talven pakkaspäivinä. Ruuhkat saattavat lisätä pitoisuuksia isoissa kaupungeissa, oksidien pitoisuudet voivat ylittää jopa 100 μg/m3 lähellä liikennettä.[6] Suomessa pitoisuudet ovat selvästi pienentyneet 1990-luvulta alkaen,[5][7] ja harvoin ylitetään vuosikeskiarvon raja-arvo 40 μg/m3.[4]

Typenoksidien päästöjä voidaan ehkäistä vaikuttamalla käytettyyn polttotekniikkaan, polttoaineen ominaisuuteen sekä suurissa voimaloissa (Low NOx -poltto) kattilan palamisolosuhteisiin, kuten lämpötilaan, ilman määrään ja ilmansyöttöön kattilassa.[8] Ongelmana on se, että lämpötilan ollessa matala, syntyy häkää, nokea ja polyaromaattisia hiilivetyjä, ja lämpötilaa nostettaessa alkaa syntyä enemmän typen oksideja.[4]

Sisätiloissa tärkein lähde on kaasuliesi. Myös tupakointi ja muu poltto tuottaa jonkin verran typen oksideja. Jäähalleissa polttomoottorilla varustetut jäänhoitokoneet ja kartinghalleissa autot saattavat aiheuttaa erittäin suuria ja terveydelle haitallisia pitoisuuksia.[3][4] Työtoksikologiassa tunnetaan ns. siilontäyttäjän tauti, joka aiheutuu tuorerehun teossa tapahtuvan käymisen tuottamasta typpidioksidista. Se aiheuttaa akuutin ja vakavan keuhkoärsytyksen ja hengenahdistuksen.[9]

Ympäristövaikutukset

Koska typen oksidit reagoivat veden kanssa happoja muodostaen, ne kuuluvat happosateiden aiheuttajiin. Näin ollen ne happamoittavat maaperää, vesistöjä ja vaurioittavat kasvien lehtiä ja neulasia. Ne myös syövyttävät monia materiaaleja.[5]

Terveysvaikutukset

Typen eri oksidien vaikutukset elimistöön ovat hyvin erilaisia. Typpioksiduuli eli dityppioksidi on heikko anesteetti, jota voidaan antaa hengitysilmassa kymmenien prosenttien pitoisuuksina, kunhan huolehditaan riittävästä vähintään 21 % happipitoisuudesta. Typpimonoksidi on elimistön tärkeä ärsytyksenvälittäjäaine, joka mm. laajentaa verisuonia rentouttamalla niiden seinämän sileää lihasta.[10] Typpidioksidi on voimakas hapetin, joka vaikuttaa hengitysteiden kudokseen haitaten luonnollisia puhdistus- ja puolustusmekanismeja. Siksi se on ihmisille haitallisin, ja huonosti vesiliukoisena se tunkeutuu syvälle hengityselimiin, supistaa keuhkoputkia ja lisää hengitysteiden herkkyyttä muille ärsykkeille, kuten siitepölylle tai kylmälle.[3][4][11] Erityisen alttiita typpidioksidin terveyshaitoille ovat lapset ja hengityselinsairauksista kärsivät.

Lähteet

  1. ↑ Lahti, Kimmo & Rönkä, Antti: Biologia: Ympäristöekologia, s. 202. Helsinki: WSOY oppimateriaalit, 2006. ISBN 951-0-29702-X
  2. ↑ a b c d e f Antti Kivinen & Osmo Mäkitie: Kemia, s. 349–351. (5. painos) Otava, 1988. ISBN 951-1-10136-6
  3. ↑ a b c d Pekkanen, J., Lanki, T., Lampi, J. Hengitysilma. Kirjassa Mussalo-Rauhamaa, H., Pekkanen, J., Tuomisto, J., Vuorinen, H. S. Ympäristöterveys, Kustannus Oy Duodecim, Helsinki 2020, s. 41–69. ISBN 978-951-656-729-0.
  4. ↑ a b c d e Tuomisto, J. Voiko ilma palaa. Duodecim - Terveyskirjasto 2020.
  5. ↑ a b c Syke Päästötilastot
  6. ↑ Ilmatieteenlaitos typpidioksidi
  7. ↑ Syke Happamoittavien yhdisteiden päästöt
  8. ↑ http://www.helsinki.fi/kemia/opettaja/aineistot/hiilivoimala/typenoksidit.htm
  9. ↑ Costa, D. L., Gordon, T. Nitrogen dioxide, kirjassa Klaassen, C. D. (toim.) Casarett & Doull's Toxicology, McGraw-Hill, New York etc, 8. p., 2013, s. 1262–1264.
  10. ↑ Koulu, M., Piepponen, P., Soini, S. Typpioksidi, kirjassa Koulu, M., Mervaala, E. (toim.) Farmakologia ja toksikologia. Medicina, Kuopio 2018, 10. p., s. 197–199.
  11. ↑ Tuomisto, J. T. Terveydelle haitalliset yhdyskuntailman saasteet ja toksiset aineet. Kirjassa Koulu, M., Mervaala, E. (toim.) Farmakologia ja toksikologia. Medicina, Kuopio 2018, 10. p., s. 1249–1256.

Aiheesta muualla