一氧化二氮 ，又稱氧化亞氮 （英語：nitrous oxide ），俗称有笑气 等[ 4] 2 O，是一種无色，略有甜味的气体.[ 4] 麻醉 作用，其麻醉 作用于1799年由英国 化学家 汉弗莱·戴维 发现[ 5] 牙科 手术的麻醉，現用在外科 手術和牙科 。"笑氣"的名稱是由於吸入它會感到欣快，并能致人发笑 。一氧化二氮能溶于水 、乙醇 、乙醚 及浓硫酸 ，但不与水 反应。它可以用來作為火箭 和賽車 的氧化劑 ，以及增加發動機 的輸出功率。在食品行业中，一氧化二氮可作为添加剂，用于打发奶泡与制作咖啡。一氧化二氮是强温室气体 。现笑气在很多场所被用于娛樂性用途[ 6]
一氧化二氮具有重要的醫療用途，因其具有麻醉和止痛效果，特別是在外科手術和牙科中[ 7] 世界衛生組織基本藥物標準清單 上[ 8] 娛樂性用藥 [ 7] [ 9] 維生素B12 失活而導致神經損傷。
一氧化二氮也會造成空氣污染 ，在2020年，它於地球大氣的濃度為333ppb（十億分之一），且每年以1ppb的速度增加[ 10] [ 11] 平流層 中的臭氧層 ，其影響程度與氟氯碳化物 相當[ 12] 農業 活動[ 13] [ 14] [ 15] 氣候變化 [ 16] [ 17] 氣候變化政治 中的一個重要目標[ 18]
一氧化二氮最早是在1772年由英国化学家约瑟夫·普利斯特里 合成，他将之称为"燃素 的亚硝酸气"[ 19] [ 20]
"輕鬆生活"：於1830年刊出的一幅諷刺版畫，描繪漢弗萊·戴維正給一位女士一劑笑氣。 18世纪90年代，汉弗莱·戴维和他的朋友，包括诗人柯爾律治 和罗伯特·骚塞 试验这种气体。他们發現一氧化二氮能使病人丧失痛觉 ，而且吸入后仍然可保持意識，不会神智不清（现代研究顯示吸入过量一氧化二氮後会使人神智不清）。
1844年12月11日，一氧化二氮首次被当作麻醉剂在医学治疗中使用，牙医霍勒斯·威尔士 在拔牙过程中使用一氧化二氮以减轻病人疼痛[ 21]
一氧化二氮的分子 是直线型结构。其中一个氮 原子与另一个氮 原子相连，而第二个氮 原子又与氧 原子相连。它可以被认为是
N
≡
N
+
−
O
−
{\displaystyle {\mbox{N}}\equiv {\mbox{N}}^{+}-{\mbox{O}}^{-}}
N
−
=
N
+
=
O
{\displaystyle {\mbox{N}}^{-}={\mbox{N}}^{+}={\mbox{O}}\;}
的共振杂化体 。
一氧化二氮可以被氧化为更高价的氮氧化物，如一氧化氮 NO和二氧化氮 NO2 。
将一氧化二氮与沸腾汽化的碱金属 反应可生成一系列的亚硝酸盐 ，在高温下，一氧化二氮也可將有机物 氧化 。
吸入式一氧化二氮的藥理作用機制尚未被充分解瞭。然而它已被證明能直接調節多種配體門控離子通道 ，而能發揮主要作用。它能適度地阻斷NMDA受體 和含有β2次單元 nACh 通道，同時微弱地抑制AMPA受體 kainate受體 GABAA受體 和甘氨酸受體 [ 22] [ 23] 雙孔域鉀通道 [ 24] [ 22] [ 25] 一氧化氮 (NO) 相似[ 25]
吸入未達麻醉劑量的一氧化二氮所產生的效果，可能因環境和個體差異而有難以預測的變化[ 26] [ 27] [ 28]
醉態
欣快感／不快感
空間迷失
時間迷失
疼痛敏感度降低 少數使用者也會出現無法控制的發聲和肌肉痙攣。這些效果通常在移除一氧化二氮來源後幾分鐘內消失[ 28]
生產一氧化二氮的流程示意圖。 工业上在约250°C的温度下小心加热硝酸铵 可以生成一氧化二氮和水蒸汽。[ 29] [ 30]
N
H
4
N
O
3
=
=
=
=
Δ
N
2
O
↑
+
2
H
2
O
{\displaystyle {\rm {NH_{4}NO_{3}{\stackrel {\Delta }{=\!=\!=\!=}}N_{2}O\uparrow +2H_{2}O}}}
添加各种磷酸盐 有利于在稍低的温度下形成更纯的气体。该反应可能难以控制，而导致爆炸 [ 31]
硝酸铵的分解也是常用的实验室制备气体方法。同样也可通过加热硝酸钠 和硫酸铵 的混合物制得：[ 32]
2
N
a
N
O
3
+
(
N
H
4
)
2
S
O
4
=
=
=
=
Δ
N
a
2
S
O
4
+
2
N
2
O
↑
+
4
H
2
O
{\displaystyle {\rm {2NaNO_{3}+(NH_{4})_{2}SO_{4}{\stackrel {\Delta }{=\!=\!=\!=}}Na_{2}SO_{4}+2N_{2}O\uparrow +4H_{2}O}}}
另一种方法涉及尿素、硝酸和硫酸的反应：[ 33]
2
(
N
H
2
)
2
C
O
+
2
H
N
O
3
+
H
2
S
O
4
=
=
=
=
Δ
2
N
2
O
↑
+
2
C
O
2
↑
+
(
N
H
4
)
2
S
O
4
+
2
H
2
O
{\displaystyle {\rm {2(NH_{2})_{2}CO+2HNO_{3}+H_{2}SO_{4}{\stackrel {\Delta }{=\!=\!=\!=}}2N_{2}O\uparrow +2CO_{2}\uparrow +(NH_{4})_{2}SO_{4}+2H_{2}O}}}
据报道，可用二氧化锰 -三氧化二铋 催化剂直接氧化氨：[ 34] 奥斯特瓦尔德法 。
2
N
H
3
+
2
O
2
=
=
=
=
N
2
O
+
H
2
O
{\displaystyle {\rm {2NH_{3}+2O_{2}{=\!=\!=\!=}N_{2}O+H_{2}O}}}
盐酸羟胺 与亚硝酸钠 反应生成一氧化二氮。如果将亚硝酸盐添加到羟胺溶液中，则唯一剩余的副产物是盐水。但是，如果将羟胺溶液添加到亚硝酸盐溶液中（亚硝酸盐过量），则会形成有毒的高级氮氧化物：
N
H
3
O
H
C
l
+
N
a
N
O
2
=
=
=
=
N
2
O
↑
+
N
a
C
l
+
2
H
2
O
{\displaystyle {\rm {NH_{3}OHCl+NaNO_{2}{=\!=\!=\!=}N_{2}O\uparrow +NaCl+2H_{2}O}}}
也可用氯化亚锡 和盐酸 处理硝酸 ：
2
H
N
O
3
+
8
H
C
l
+
4
S
n
C
l
2
=
=
=
=
N
2
O
↑
+
4
S
n
C
l
4
+
5
H
2
O
{\displaystyle {\rm {2HNO_{3}+8HCl+4SnCl_{2}{=\!=\!=\!=}N_{2}O\uparrow +4SnCl_{4}+5H_{2}O}}}
连二次硝酸 会分解为一氧化二氮和水，在25°C，pH值 1–3时的半衰期 为16天[ 35]
H
2
N
2
O
2
=
=
=
=
N
2
O
↑
+
H
2
O
{\displaystyle {\rm {H_{2}N_{2}O_{2}{=\!=\!=\!=}N_{2}O\uparrow +H_{2}O}}}
由全球大氣氣體高級實驗（AGAGE，一個國際大氣觀測站網絡，自1978年起就持續測量全球大氣的成分）在世界各地的觀測站測得的低層大氣（對流層 ）中一氧化二氮的數據。這些數據的豐度以無污染的月平均莫耳分率呈現，單位為十億分之一（ppb）。 從1978年開始的大氣中一氧化二氮濃度變化趨勢。 從2000年開始，大氣中一氧化二氮的年增長率。 根據全球碳計劃 組織發表，全球於2000年的一氧化二氮來源與匯的數據[ 36] 一氧化二氮是地球大氣的一個次要組成部分，並在地球氮循環 中扮演活躍角色。對世界各地採集的空氣樣本進行分析，其在2017年的濃度已超過330ppb[ 10] [ 11] [ 37] 聯合國 政府間氣候變化專門委員會 （IPCC）在2022年發表的報告中指出："由於使用合成肥料和糞肥，以及陸地農業和化石燃料燃燒所導致的氮沉降，人類對自然氮循環的干擾是1980年至2019年間，大氣中一氧化二氮濃度增加31.0 ± 0.5 ppb（10%）的最大驅動因素[ 38]
全球在2007年至2016年間每年平均排放的一氧化二氮中，總氮含量為1,700萬公噸（介於1,220萬至2,350萬公噸間）[ 38] [ 39] 二氧化碳 。相較之下，人類在2019年實際排放370億公噸的二氧化碳，以及相當於90億公噸二氧化碳的甲烷 [ 40]
大多數排放到大氣中的一氧化二氮，無論是自然產生還是人為的，都是由土壤和海洋中的微生物（例如反硝化細菌 真菌 ）所產生。[ 41] [ 42] 濕地 也可能是此種氣體的排放源[ 43] [ 44] 永久凍土 的排放量可能相當可觀，但截至2022年，此點尚未確定[ 38]
產生一氧化二氮的微生物過程可分為硝化作用和反硝化作用。具體來說這些過程包括有：
好氧自營硝化作用：將氨 （NH3）逐步氧化為亞硝酸鹽（NO−2 ）和硝酸鹽（NO−3 ）。
厭氧異營反硝化作用：將NO−3 逐步還原為NO−2 、一氧化氮（NO）、一氧化二氮，並最終生成分子氮（N2 ）。在氧氣（O2 ）不足的條件下，兼性厭氧細菌會利用NO−3 作為有機物質呼吸作用中的電子受體。
硝化菌反硝化作用：由自營性氨氧化細菌執行，其途徑是將NH3氧化為NO−2 ，接著將還原為一氧化氮（NO）、一氧化二氮（N2O）和分子氮（N2 ）。
異營硝化作用。
相同異營硝化菌的好氧反硝化作用。
真菌反硝化作用。
非生物化學反硝化作用。 這些過程受到多種土壤化學和物理性質的影響，例如存在礦物氮與有機物質、酸鹼度和土壤類型。同時，土壤溫度和水分含量等氣候相關因素也會造成影響。
排放進入大氣的數量受到其在細胞內部的消耗的極大限制，這個消耗過程是由一種名為"一氧化二氮還原酶"*的酵素所催化[ 45]
一氧化二氮是一種助燃劑，最初用在幫助二戰 時德軍 飛機迅速逃離戰場，現今用於改裝汽車上，用於直線加速 。
使用氮氧加速系统 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。氧气有助燃作用，加快燃料燃烧。
一氧化二氮可以用作火箭 氧化劑 。比其他氧化劑 更好的地方是因為它無毒，在室溫下穩定，易於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幫助呼吸的空氣 。
用於牙科的醫療級一氧化二氮鋼瓶容器。 一氧化二氮自1844年起就被用於牙科和外科手術，作為麻醉藥 和止痛劑 [ 46] [ 47] 相對鎮痛機
一氧化二氮是一種弱效的全身麻醉劑，通常不會在進行全身麻醉時單獨使用，而是作為載氣（與氧氣混合），用來傳遞更強效的全身麻醉藥物，例如七氟烷 或地氟烷 。它的最小肺泡濃度 噁心 和嘔吐 的風險[ 48] [ 49] [ 50]
用於將鮮奶油發泡的食品級一氧化二氮鋼瓶。 由於一氧化二氮不易与奶油中的成分发生反应，多用作奶油 发泡剂。
十九世纪由英格蘭漫畫家托马斯·罗兰森 以凹銅版腐蝕製版法 在荷蘭 北部格罗宁根 普勒斯特街附近，掛著禁止使用一氧化二氮的标志。 学校附近用一氧化二氮作娱乐性药物使用后遗留的小钢制气罐 娱乐性吸入一氧化二氮 欣快感 和轻微的幻觉 ，始于1799年英国上层社会，在被称为"笑气派對"的聚会中首次流行[ 51]
随着一氧化二氮自19世纪開始在医疗和烹饪领域的广泛应用，该气体的娱乐性使用也迅速在全球范围内扩展。截至2014年，英国估计有近50万年轻人在夜店、节庆和派对中使用一氧化二氮[ 52]
英国在2017年广泛的娱乐性使用一氧化二氮被记录在Vice 的纪录片"Inside The Laughing Gas Black Market"中，记者Matt Shea [ 53]
伦敦媒体报道中指出的一个主要问题是一氧化二氮罐的乱扔现象，该行为不仅十分显眼，也引发社区大量投诉[ 54]
在2023年11月8日之前，英国依据2016年《精神活性物质法案》禁止生产、供应、进口或出口用于娱乐性目的的一氧化二氮。修订后的法律进一步禁止持有的行为，并依据1971年《药物滥用法案》将其列为C类药物[ 55]
虽然大多数使用者认为一氧化二氮能带来"安全的兴奋感"，但许多人并不知道过量使用可能导致神经系统损伤，若不治疗可能会造成永久性神经损伤[ 56] 澳大利亚 ，随着神经毒性报告数量的增加和急诊科 收治病例的上升，娱乐性使用已成为公共健康问题。南澳州于2020年通过立法限制气罐销售[ 57]
2024年，一氧化二氮以街头名称"银河气体（Galaxy Gas）"在年轻人中迅速流行，用于娱乐性吸入。这种流行很大程度上是通过TikTok 平台推动的。[ 58]
人可能因為在吸入笑氣时氧氣過少而引起突然的窒息。暴露於笑氣中會短時間導致智力，視聽能力，手的靈活度降低。一氧化二氮能不可逆地氧化钴胺素 的钴核并使甲基钴胺素失活，间接诱发维生素B12缺乏，造成神经损伤，如亚急性联合变性 [ 59]
一氧化二氮的主要安全隐患在于，它是一种有分解性的麻醉剂，而且通常以加压液化的形式储存。在正常儲存時，它很稳定，使用起来也很安全。但是如果错误地使用，它会很容易分解，而且很有可能爆炸。液态的一氧化二氮是有机物 的良好溶剂 ，不过用它制成溶液 有可能会生成一些对外界刺激敏感的爆炸性物质。一部分火箭事故由于一氧化二氮被燃料污染而发生，少量的一氧化二氮和燃料的混合物发生爆炸，随即引起剩余一氧化二氮的爆炸性分解。
氮氧化物 中也包含一氧化二氮，是一类温室气体。因此，氮氧化物 是控制温室气体排放时（比如京都议定书 ）的主要对象。一氧化二氮本身是排在二氧化碳 、甲烷 之后的第三大温室气体。它所能造成的温室效应 的效果大约是二氧化碳 的200倍[ 60] [ 61] 尼龙 还有燃烧化石燃料和其他有机物的过程均增加一氧化二氮的排放量。
在中華人民共和國 ，笑气被列入《危险化学品目录(2015版)》，其仍可被用作食品添加剂以及医用麻醉剂[ 62]
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