Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). Brechungsindex:Na-D-Linie, 20 °C
Distickstoffmonoxid, allgemein bekannt unter demTrivialnamenLachgas, ist einechemische Verbindung mit derSummenformel N2O. Bei Raumtemperatur ist es ein farbloses, nicht brennbares Gas. Es ist geruchlos und geschmacklos; teilweise wird jedoch über einen leicht süßlichen Geschmack beim Einatmen berichtet. Bei höheren Temperaturen ist Distickstoffmonoxid ein starkes Oxidationsmittel. In der medizinischen Literatur wird Distickstoffmonoxid auch alsStickoxydul oderStickoxidul bezeichnet.
Distickstoffmonoxid ist einSpurengas, dessen Konzentration in derErdatmosphäre seit Beginn des 19. Jahrhunderts stark zugenommen hat. AlsTreibhausgas trägt Distickstoffmonoxid zurglobalen Erwärmung sowie zumOzonabbau in derStratosphäre bei. Ein großer Teil der vom Menschen verursachten Distickstoffmonoxidemissionen sind auf dieLandwirtschaft zurückzuführen.
Verabreichung von Distickstoffmonoxid für eine Anästhesie
Distickstoffmonoxid wurde erstmals 1771 von dem englischen Pfarrer, Chemiker und PhysikerJoseph Priestley rein dargestellt und beschrieben.[11] Die Entdeckung der betäubenden und schmerzstillenden Wirkung geht auf den englischen Apotheker und späteren ChemikerHumphry Davy zurück, der um 1797 begann, die Wirkung von Stickstoffmonoxid durch Selbstversuche zu erforschen. Er setzte es zur Behandlung von Zahnschmerzen ein, veröffentlichte seine Erkenntnisse 1800 und schlug Distickstoffmonoxid auch zur Betäubung bei Operationen vor.[12][13][14] Anders als oft dargestellt, lässt sich mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit ausschließen, dass der Begriff „laughing gas“ von Davy geprägt wurde.[15]
Der erste Zahnarzt, der Distickstoffmonoxid alsNarkosemittel verwendete, warHorace Wells in Hartford (Connecticut). Er setzte es ab 1844 erfolgreich bei Zahnextraktionen und Dentalbehandlungen ein, nachdem er dessen schmerzstillende Wirkung zufällig bei einer Vergnügungsanwendung am 10. Dezember 1844 beobachtet hatte. Dies war zu seiner Zeit in Europa und vor allem Nordamerika zunächst auf Jahrmärkten und auf „Lachgasparties“ junger Leute üblich.[16] Am folgenden Tag ließ er sich selbst einen Zahn unter Distickstoffmonoxid-Narkose ziehen.
So schrieb Gardner Quincy Colton, der 1863 das nach dem Tod von Horace Wells zunächst als Anästhetikum außer Gebrauch gekommene Distickstoffmonoxid wieder eingeführt hatte, 1866:
“The laughing gas […] acts as an exhilarant, as by supplying an extra supply of oxygen to the lungs, the pulse is increased fifteen to twenty beats to the minute. The former agents carry the patients down towards the point of death: the latter up into increased life.”
„Das Lachgas […] wirkt wie ein Aufputschmittel, denn durch die zusätzliche Zufuhr von Sauerstoff in die Lungen wird der Puls um fünfzehn bis zwanzig Schläge pro Minute erhöht. Die ersteren Mittel führen die Patienten dem Tod entgegen, die letzteren dem Leben entgegen.“
Das am 10. Dezember 1844 in Hartford bei einer öffentlichen Vorführung verwendete Distickstoffmonoxid wurde dort als „Exhilarating or Laughing Gas“ bezeichnet. Den Zuschauern wurde angekündigt, dass das Gas je nach Charakter der berauschten Personen bei Inhalation Lachen, Singen, Tanzen, Reden oder Prügeln bewirken könne.[18] Da Distickstoffmonoxid zu dieser Zeit noch in hoher Dosierung verabreicht werden musste, um Schmerzfreiheit zu erzielen, kam es nach wenigen Minuten zu lebensbedrohlichenAsphyxien. Daher konnte eine Distickstoffmonoxidnarkose nur bei kurzdauernden Eingriffen angewendet werden.[19] Nach der im Jahr 1868 publizierten Empfehlung des Chicagoer Chirurgieprofessors Edmund Andrews (1824–1904) wurde Distickstoffmonoxid in Kombination mit Sauerstoff als Anästhetikum bei klinischen Operationen eingesetzt, um eine wirkungsvolle sowie ausreichend hohe Konzentration zu erzielen.[20][21] Dies wurde erstmals von Andrews praktiziert, der eine Kombination mit mindestens 20 % Sauerstoff empfahl. Er führte auch statistische Untersuchungen zur Sicherheit vonÄther- undChloroformnarkosen in jeweils etwa 100.000 Fällen durch.[22] Andrews entwickelte auch eine Methode zurVerflüssigung von Distickstoffmonoxid durchKompression, wodurch sich die Handhabung erleichterte.[23]
Zu Beginn der 1970er Jahre wurde erkannt, dass Distickstoffmonoxid eine bedeutende Rolle alsSpurengas in der Erdatmosphäre spielt, das sowohl zum Abbau der Ozonschicht als auch zur Verstärkung des Treibhauseffekts beiträgt. Große Quellen wurden zunächst in den Ozeanen vermutet, während der relativ langsame photochemische Abbau in der Stratosphäre als einzige Senke bekannt war. Um das globale Budget zu erklären, wurde eine große, noch unbekannte troposphärische Senke angenommen. Die atmosphärische Lebensdauer wurde zunächst auf weniger als 20 Jahre geschätzt.[24]
Distickstoffmonoxid wird in der Troposphäre nicht nennenswert abgebaut und in die Stratosphäre transportiert, wo es durch die Reaktion mit atomarem Sauerstoff zu einer Quelle von NOx-Radikalen wird, die in katalytischen Kreisläufen Ozon zerstören.[25] Im Jahr 2018 lag seine Konzentration in der Atmosphäre bei 331 ppb und damit etwa 22 % über dem Wert des vorindustriellen Zeitalters.[25] Die Konzentration von Distickstoffmonoxid im Meerwasser, wo es als Nebenprodukt der aeroben Nitrifikation und als Zwischenprodukt der anaeroben Denitrifikation entsteht, variiert erheblich mit der Jahreszeit und der geographischen Lage. So wurden in der Küstenlagune Al-Shabab an der Ostküste des Roten Meeres Mittelwerte der Distickstoffmonoxidkonzentration von 0,344 Mikromol pro Liter im Frühjahr gemessen, im Winter lagen die Mittelwerte bei 0,106 Mikromol pro Liter.[26] In der Nordwestpassage des Arktischen Ozeans lag die Konzentration zwischen 11,5 und 21 Mikromol pro Liter.[27]
Im Rahmen einer Studie wurden dieRotationsübergänge des Distickstoffmonoxids im interstellaren Raum mit dem 12-m-Teleskop desNational Radio Astronomy Observatoryradioastronomisch nachgewiesen. Die daraus abgeleitete Dichte imgalaktischen Zentrum beträgt etwa ein milliardstel der Wasserstoffdichte.[28] Distickstoffmonoxid spielt möglicherweise eine Rolle als Ausgangsstoff für die inKometenschweifen nachgewiesenen Stickstoffkationen (N2+), da dessenphotochemische Lebensdauer groß genug ist, um in den Kometenschweif zu gelangen. Durch photochemische Reaktionen in Sonnennähe würde Distickstoffmonoxid dort in ein Stickstoffkation und ein Sauerstoffanion zerfallen.[29]
Die Temperatur darf bei beiden Darstellungswegen jedoch nicht höher als 300 °C steigen, da es sonst zu einem explosiven Zerfall von Ammoniumnitrat kommen kann. Um dies zu vermeiden, kann Distickstoffmonoxid durch Reaktion vonHarnstoff mitSalpetersäure undSchwefelsäure hergestellt werden. Als Nebenprodukte entstehen dabei Kohlenstoffdioxid,Ammoniumsulfat und Wasser.[33]
Bei der Abgasnachbehandlung mittelsDrei-Wege-Katalysator erfolgt die Bildung von Distickstoffmonoxid als Teilschritt bei der Reduktion vonStickoxiden zu elementarem Stickstoff. Sie erfolgt bevorzugt unter stöchiometrischen Bedingungen (λ = 1,00) bei Temperaturen von 250 bis 350 °C. Bei normalen Arbeitstemperaturen von etwa 450 °C des Drei-Wege-Katalysators ist die Bildung von Distickstoffmonoxid und allen anderen Schadstoffen jedoch minimal. Die Reaktion zu Distickstoffmonoxid geschieht über die Reaktion vonKohlenstoffmonoxid undStickstoffmonoxid unter Bildung einer NCO-Spezies an der Katalysatoroberfläche.[36]
Mikrobielle Wege der Distickstoffmonoxid-Produktion. (a) Distickstoffmonoxid-Produktion durch Nitrifikation über Hydroxylamin (b) Distickstoffmonoxid-Produktion durch Nitrifikanten-Denitrifikation[37]
Distickstoffmonoxid wird in erster Linie als Nebenprodukt natürlich ablaufender Prozesse, zum Beispiel im Zuge der bakteriellenNitrifikation gebildet und in die Atmosphäre freigesetzt.[5][38] Als Nebenprodukt bei von Menschen verursachten Prozessen wird Distickstoffmonoxid nicht nur bei Verbrennungsvorgängen, sondern auch durchintensiv betriebene Landwirtschaft freigesetzt.[39][40] Für den von Menschen verursachten Distickstoffmonoxidausstoß ist vor allem der zunehmende Einsatz von stickstoffhaltigenDüngemitteln in der Landwirtschaft verantwortlich.[41][42] Verglichen mit derkonventionell betriebenen Landwirtschaft entstehen bei derökologischen Landwirtschaft rund 40 % weniger Distickstoffmonoxid pro Hektar.[43]
DieAbwasserbehandlung inKläranlagen kann zum Beispiel durch ein Ammonium-Oxidationsverfahren zu einer Quelle für Distickstoffmonoxid werden. In der Belüftungsphase kann Distickstoffmonoxid durch Ammonium oxidierende Bakterien über die Oxidation vonHydroxylamin oder durch die Reduktion vonNitrit, die sogenannte Nitrifikanten-Denitrifikation, gebildet werden. In der anaeroben Phase kann Distickstoffmonoxid als Nebenprodukt entstehen. In der Schweiz sind die Kläranlagen für rund 20 % der schweizweiten Distickstoffmonoxid-Emissionen verantwortlich.[44]
• Einsatz von künstlichen Düngern (Böden und Grundwasser)
1,0–3,6
alle Quellen1
8,9–18,7
1
Weitere mögliche Quellen sind photochemische Reaktionen in der Stratosphäre und Troposphäre sowie die Bildung von Distickstoffmonoxid durch Katalysatoren.
Stickstoffdünger wird unter bestimmten Bedingungen in Distickstoffmonoxid umgewandelt. Dabei wird normalerweise N2O im Boden enzymatisch abgebaut. Bei dem ablaufenden biochemischen Prozess spielt das kupferhaltigeEnzym Distickstoffmonoxid-Reduktase eine wichtige Rolle, da es N2O zu N2 umsetzt (→Denitrifikation). Dieses Enzym reagiert aufSauerstoff empfindlich und fällt in derReaktionskette häufig aus. Deshalb werden große Mengen an N2O aus gedüngten Ackerflächen freigesetzt.[45] So werden beim Anbau vonEnergiepflanzen, wie Raps, bedingt durch die verstärkte Düngung, insbesondere im Winter, größere Mengen Distickstoffmonoxid freigesetzt. Die N2O-Emissionen aus dem Rapsanbau entsprechen dabei denen des sonstigen Feldbaues.[46][47] Dadurch ist – bezogen auf die N2O-Emissionen – dieKlimabilanz des Raps negativer als die von Benzin.[48]
Diesen Quellen steht als Senke insbesondere der photochemische Abbau in der Stratosphäre mit etwa 20,5·106 t/a gegenüber.[5]
Die Mengen, die zusätzlich durch Aufnahme in Böden und von aquatischen Mikroorganismen abgebaut werden, sind nicht bekannt.
Distickstoffmonoxid kann sich unter bestimmten Bedingungen abiotisch an Festkörperoberflächen bilden. Erstmals wurde dies an einem Salzsee in derAntarktis beobachtet.[49] Die Reaktion zu Distickstoffmonoxid ist neben dem Vorkommen von nitrat- oder nitrithaltigen Stoffen auch von der Verfügbarkeit von Eisenmineralien abhängig und läuft nach folgenden Reaktionen ab:
Es besteht die Möglichkeit, dass die abiotische Distickstoffmonoxidproduktion in der Antarktis in ähnlicher Weise auch auf demMars und anderen extraterrestrischen Objekten sowieExoplaneten stattfindet.[50]
Distickstoffmonoxid ist eindiamagnetisches Gas, das in kaltem Wasser gut löslich ist. Bei 0 °C löst sich das Gas im Volumenverhältnis 1 : 1,305 in flüssigem Wasser, bei 25 °C immer noch im Verhältnis 1 : 0,596.[51] Es ist dem annäherndgleich schweren,isoelektronischenKohlenstoffdioxid in seinen physikalischen Eigenschaften wie der Dichte der kondensierten Flüssigkeit oderSchmelz- undSiedepunkt sehr ähnlich. Aus neutralen wässrigen Lösungen lässt sich bei tiefen Temperaturen ein kristallinesGashydrat ausscheiden, in dem auf jedes Distickstoffmonoxid-Molekül 5,75 Wassermoleküle kommen.[52] Unter erhöhtem Druck weist Distickstoffmonoxid eine sehr gute Löslichkeit in Fetten auf. DieStandardbildungsenthalpie ΔfH0g beträgt + 82,10kJ/mol (metastabil), die Standardenthropie S0g, 1 bar: 219,96 J/(mol · K).
Das Distickstoffmonoxidmolekül ist linear gebaut und lässt sich durch zweimesomere Resonanzstrukturen darstellen:
Resonanzstruktur von N2O
Der Stickstoff-Stickstoff-Bindungsabstand beträgt 112,6 Pikometer und liegt damit zwischen dem einer Stickstoff-Stickstoff-Doppel- und einer Stickstoff-Stickstoff-Dreifachbindung. Die Länge der Stickstoff-Sauerstoff-Bindung beträgt 118,6 Pikometer und liegt damit zwischen dem einer Sauerstoff-Sauerstoff-Einfach- und einer Sauerstoff-Sauerstoff-Doppelbindung.[51]
Distickstoffmonoxid ist nicht brennbar, kann aber andere Stoffe oxidieren. Daher wirkt es brandfördernd. Kohle, Schwefel und Phosphor brennen in Distickstoffmonoxid wie in Sauerstoff, Gemische mitWasserstoff oder Ammoniak explodieren bei Zündung.[51]
Im Gegensatz zu Sauerstoff reagiert Distickstoffmonoxid mit Stickstoffmonoxid nicht zu braunemStickstoffdioxid, wodurch sich die beiden Gase unterscheiden lassen.[51] Um andere Stoffe zu oxidieren, benötigt es eine deutlich höhere Temperatur als bei den entsprechenden Reaktionen mit Sauerstoff. Bei der Zündung eines Gasgemisches ausSchwefelkohlenstoff und Distickstoffmonoxid in einer zylindrischen Röhre erzeugt die Reaktion einen hellen Blitz und ein Geräusch, das an einenbellenden Hund erinnert. Als Produkte entstehen elementarer Schwefel, Kohlenstoffdioxid und Stickstoff.[53]
Distickstoffmonoxid ist eine metastabile Verbindung und zerfällt bei etwa 600 °C in seine Elemente:[51]
Distickstoffmonoxid kann als Sauerstoff- oder als Stickstoffdonor fungieren, etwa in der Wislicenus-Reaktion, wobei Distickstoffmonoxid mitNatriumamid bei etwa 187 °C zuNatriumazid reagiert.
Die Reaktion wird in der chemischen Industrie zur Herstellung von Aziden verwendet, die als Sprengstoffe eingesetzt werden.[54]
Distickstoffmonoxid oxidiert 9,10-Dihydroanthracen in Gegenwart einesRuthenium-Katalysators auf zwei verschiedene Arten. In Gegenwart vonSchwefelsäure entsteht einAnthracen-Derivat, inBenzol als Lösungsmittel in Abwesenheit von Schwefelsäure entsteht einAnthrachinon-Derivat.[55]
Distickstoffmonoxid agiert als Lewis-Base und kann beispielsweise Wasser aus Komplexen verdrängen:[51]
In der oberen Atmosphäre wird Distickstoffmonoxid, dessenWirkungsquerschnitt stark temperaturabhängig ist, durch Absorption von Sonnenstrahlung mit einer Wellenlänge von etwa 180 bis 240 Nanometern photolysiert, wobei dieQuantenausbeute der Photodissoziation gleich eins ist. Bei derPhotolyse entstehen molekularer Stickstoff (N2) und angeregter atomarer Sauerstoff (O(1D)).[56]
Flüsse von Distickstoffmonoxid nach Quellen in Millionen Tonnen Stickstoff pro Jahr für die Dekade von 2007 bis 2016
Anthropogene Quellen
Natürliche Quellen
Natürliche Senken
Andere Flüsse: Blitzschlag und atmosphärische Produktion, Bodenoberflächensenken, Klimawandel, steigende CO2-Konzentration, Abholzung von Wäldern. Wissenschaftler veröffentlichten 2020 eine umfassende Quantifizierung der globalen Quellen und Senken des Treibhausgases und berichteten, dass die vom Menschen verursachten Emissionen in den letzten vier Jahrzehnten um 30 % gestiegen sind und die Hauptursache für den Anstieg der atmosphärischen Konzentrationen sind, wobei das jüngste Wachstum die höchsten prognostizierten Emissionsszenarien desIPCC übertrifft.[60][25]
Durch seinen Abbau in der Stratosphäre erhöht Distickstoffmonoxid dort die Konzentration vonNOx, daskatalytischOzon abbaut.[58] Die Oxidation von Distickstoffmonoxid stellt die hauptsächliche Quelle für Stickoxide undSalpetersäure in der Stratosphäre dar. Zu einem kleineren Teil stammen diese aus derIonisation von molekularem Stickstoff durch energiereiche Teilchen sowie den Emissionen von Flugzeugen.[61] Unter den anthropogenen ozonschädlichen Emissionen ist Distickstoffmonoxid mittlerweile bedeutender als alleFluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) zusammen. Im Gegensatz zu den FCKW fällt Distickstoffmonoxid nicht unter die Beschränkungen desMontreal-Protokolls.[62] Der Ozonabbau erfolgt über die Bildung von Stickstoffmonoxid, das in katalytischen Zyklen Ozon abbaut:[63]
Katalytischer Zyklus:
Gesamtreaktion:
Die mittlere troposphärische Distickstoffmonoxidkonzentration stieg zwischen 1980 und 2020 von 301 auf 333 ppb an. Damit erreichte sie den höchsten Wert in den letzten 800.000 Jahren. Im Jahr 2020 betrug die Wachstumsrate 1,33 ppb pro Jahr, im Vergleich dazu lag sie im Jahrzehnt von 2000 bis 2009 noch bei 0,76 ppb pro Jahr.[64]
Mobiles System zur Applikation eines N2O-Sauerstoff-Gemisches
In der Medizin wird Distickstoffmonoxid seit 1844 ein regelmäßig eingesetztesschmerzlinderndes Gas zurNarkose oder in der fixen Kombination von 50 % Distickstoffmonoxid und 50 % Sauerstoff (MEOPA) zur Schmerzbehandlung bei kurzen, mäßig schmerzhaften chirurgischen Eingriffen eingesetzt. Es ist ein relativ schwaches Anästhetikum und wird hauptsächlich unterstützend eingesetzt. In der modernenAnästhesie wird die Wirkung des Distickstoffmonoxids durch Zugabe andererNarkosemittel ergänzt. DieWeltgesundheitsorganisation führt Distickstoffmonoxid in der Liste der unentbehrlichen Arzneimittel (23. Liste (2023)) im Kapitel 1.1.1: Inhalative Arzneimittel.[65]
Analgetische, schmerzstillende Effekte treten ab einer Konzentration von etwa 20 % Distickstoffmonoxid in der Atemluft auf. Um eine wirkungsvolle Konzentration von 70 % zu erreichen, wird es, wie zuerst Andrews 1868 erkannt hatte, zusammen mit reinemSauerstoff verabreicht. Vorteilhaft ist, dass das Gas rasch an- und abflutet (geringer Blut/Gas-Verteilungskoeffizient), die Narkose dadurch gut steuerbar ist und keine oder geringeAtemdepression auftritt. Das Gas wird hauptsächlich wieder über die Lungen ausgeschieden, ein geringer Teil diffundiert durch die Haut.[66] Problematisch kann die Diffusion von Distickstoffmonoxid in luftgefüllte Körperhohlräume werden, hierbei kann es zur Diffusionshypoxie in der Lunge kommen. Dabei verdrängt Distickstoffmonoxid den Sauerstoff aus denLungenbläschen. Dies wird durch Sauerstoffinhalation vermieden.
Der medizinische Gebrauch von Distickstoffmonoxid als Narkosemittel ist seit langem deutlich rückläufig. Es wurde als geeignet zur Selbstapplikation bei schwachen und mittleren Schmerzen bezeichnet.[67] So wird es heute unter anderem in derGeburtshilfe zur Verringerung derWehenschmerzen wieder eingesetzt. Ab 1878 hatte bereits der Arzt St. Kjilkowitsch aus Petersburg Distickstoffmonoxid erfolgreich in der Geburtshilfe eingesetzt.[68][69] Die Wirkung von Distickstoffmonoxid ist nur kurz, bereits nach ungefähr 15 Minuten sind keine Wirkungen mehr wahrnehmbar. Distickstoffmonoxid kann aufgrund der schmerzstillenden Wirkung in der Anästhesie zur Durchführung einer Vollnarkose dem Gasgemisch beigefügt werden, wo es den Verbrauch der inhalativen Anästhetika stark reduziert.
Vor dem Hintergrund alternativer Narkoseverfahren, verbesserter Gerätetechnik wie etwa dielow-flow-Anästhesie und erhöhterVigilanz bezüglich möglicher Umweltbelastungen (Treibhausgas) wird seit Ende der 1990er Jahre erheblich weniger Distickstoffmonoxid in der Anästhesie verwendet.[70] HalogenierteAnästhetika, etwaFlurane wieIsofluran,Desfluran undSevofluran, weisen jedoch ebenfalls ein hohes Ozonabbaupotenzial und ein hohes Treibhauspotenzial auf.[71] Aus medizinischer Sicht ist gegen die Verwendung von Distickstoffmonoxid als Narkosemittel nichts einzuwenden.[72][73] In der Zahnmedizin ist Distickstoffmonoxid seit Jahrzehnten als sogenannte titrierbareLachgassedierung ein Mittel, das vor allem bei Kindern und ängstlichen Patienten oder bei starkem Würgereiz Anwendung findet. Nebenwirkungen sind bei korrekter Verabreichung selten.
In jüngster Zeit wird Distickstoffmonoxid zunehmend als Behandlungsmöglichkeit bei schweren, therapieresistentenDepressionen eingesetzt.[74][75][76] Dabei wirkt es schnell und stellt eine effektive therapeutische Option dar.[74]
Außerdem wird Distickstoffmonoxid bei derKryoablation als flüssiges Kühlmittel eingesetzt und in den Kryoballonkatheter geleitet. Dort verdampft es und entzieht dem umliegenden Gewebe Wärme. Durch die Eisbildung werden die betroffenen Herzmuskelzellen zerstört.
Karikaturistische Darstellung einer Lachgasparty (1820)
Distickstoffmonoxid findet wegen seinerdissoziativen Wirkung und der leichten Verfügbarkeit Verwendung als Rauschmittel.[77] Der Rausch dauert etwa 30 Sekunden bis 3 Minuten an.[78] Es kommt zu dissoziativen Effekten,[77] starker Veränderung der Geräuschwahrnehmung (Echo, Verzerrung),[78] Kribbeln in den Gliedmaßen,[79]Entspannung der Muskeln,[80] traumartigen Halluzinationen[78] und Wohlempfinden, mitunter auch Euphorie[80] und Lachzwängen.[78] Bei häufigem Konsum besteht die Gefahr desVitamin-B12-Mangels.[77][81] Wiederholt kam es bei dieser Anwendung auch zu Todesfällen.[82]
In den Niederlanden hat die Zahl schwerer Verkehrsunfälle unter Distickstoffmonoxideinfluss stark zugenommen. Distickstoffmonoxid war dort nachAlkohol die bei Schülern meistkonsumierte Rauschdroge.[83] Dies führte dazu, dass am 1. Januar 2023 in den Niederlanden ein Verbot von Distickstoffmonoxid in Kraft gesetzt wurde.[84] Distickstoffmonoxid steht seit diesem Zeitpunkt auf der Liste II des Opiumgesetzes, was bedeutet, dass es dann unter anderem verboten ist, „innerhalb oder außerhalb des Hoheitsgebiets der Niederlande Distickstoffmonoxid zu verbringen, zu verkaufen oder zu besitzen.“[84] Der gewerbliche Einsatz von Distickstoffmonoxid für medizinische und technische Zwecke ist zulässig, ebenso die Verwendung von Distickstoffmonoxid als Zusatz zu Lebensmitteln.
ImVereinigten Königreich unterlag Distickstoffmonoxid demPsychoactive Substances Act 2016. Damit war es illegal, Distickstoffoxid herzustellen oder einzuführen, der Besitz war jedoch bis dahin nicht strafbar. Seit dem 8. November 2023 wird es als Droge der Klasse C gemäß demMisuse of Drugs Act 1971 eingestuft, wonach schon der Besitz von Distickstoffmonoxid eine Straftat ist.[85]
In Deutschland ist Distickstoffmonoxid alsPartydroge verbreitet. Es ist inKartuschen abgefüllt in Automaten und an Kiosken erhältlich. In der Politik wird ein Verkaufsverbot an Jugendliche diskutiert.[86] Im Juli 2025 wurde ein Gesetzentwurf zum Erwerbs- und Besitzverbot von Distickstoffmonoxid für Kinder und Jugendliche beschlossen.[87][88]
In der Nahrungsmitteltechnik wird Distickstoffmonoxid als zugelassenerLebensmittelzusatzstoff(E 942) aufgrund seiner guten Fettlöslichkeit unter Druck als Treibgas benutzt, vorzugsweise für Milchprodukte, zum Beispiel zum Aufschäumen (statt Schlagen) vonSchlagsahne.[89]
In der Antriebstechnik, etwa beiPKW, wird Distickstoffmonoxid zur Steigerung der Motorleistung vonOttomotoren verwendet, da es mehr Sauerstoff enthält alsLuft. Diese sogenannteLachgaseinspritzung erfordert nur relativ geringe konstruktive Änderungen am Motor und kann seine Leistung kurzfristig um etwa 20 bis 50 % steigern. Das Distickstoffmonoxid wird dabei aus Druckbehältern in den Ansaugtrakt geblasen. DiesesTuning ist vor allem in denUSA verbreitet, seine Verwendung im öffentlichen Straßenverkehr ist aber sowohl dort als auch in Deutschland verboten (mit Ausnahme einer Anlage mitABE) und den meisten anderen Ländern nur eingeschränkt erlaubt. Die bekanntesten Hersteller von Distickstoffmonoxideinspritzungen sind Nitrous Oxide Systems, NX und Venom sowie ZEX. ImZweiten Weltkrieg wurdenFlugmotoren auf diese Weise in ihrer Leistung gesteigert. Durch das sogenannteGM-1 wurde nicht nur dieMotoraufladung verbessert, dieLadeluftkühlung durch die Verdampfung des verflüssigten Distickstoffmonoxids erhöhte auch denthermodynamischen Wirkungsgrad.[91]
Besondere Gefahren bestehen beim Gebrauch alsRauschmittel: Wird Distickstoffmonoxid pur – z. B. aus abgefüllten Ballons – inhaliert, können als FolgenDysphorie, Verwirrtheit, Übelkeit, Kopfschmerzen, Schluckauf und Blutdruckabfall auftreten. Bei hohen Mengen kommt es zu einer Unterversorgung des Blutes mit Sauerstoff (Hypoxämie), in deren FolgeKreislaufstillstand, schwereLähmungen bis hin zurQuerschnittslähmung,[92]Hirnschäden und der Tod möglich sind.[93] Falls Distickstoffmonoxid direkt aus dem Gasbehälter eingeatmet wird, kann es zuErfrierungserscheinungen durch denJoule-Thomson-Effekt an Lippen, Kehlkopf und Bronchien aufgrund der Kälte des Gases kommen. Deshalb werden meist abgefüllte Ballons verwendet.[94]
Unter Anwendung von Distickstoffmonoxid kann es zur Störung der Wirkung vonVitamin B12 undFolsäure kommen und damit zu den Folgen einerperniziösen Anämie. Distickstoffmonoxid oxidiert im KörperVitamin B12, welches dann als Co-Enzym dem EnzymMethionin-Synthase nicht mehr zur Verfügung steht.[95] So kommt es bei einer Anwendung von Distickstoffmonoxid von über sechs Stunden zu einer Funktionsabnahme der Methionin-Synthase, die für die Produktion vieler wichtigerProteine wichtig ist.[96] Bei Anwendung bei Patienten mit schweren Störungen der Herzmuskelfunktion besteht die Gefahr von unerwünschten Wirkungen auf das Herz- und Blutgefäßsystem, zumal Stickoxydul zu einer zentralen Aktivierung efferenter Sympathikusfasern[97] führt. Zudem kann Distickstoffmonoxid den pulmonalen Gefäßwiderstand steigern.[98]
DasBundesinstitut für Risikobewertung berichtete im Mai 2025, dass belastbare Daten zur Nutzung von Lachgas in Deutschland bisher nicht vorliegen. Jedoch verzeichnen verschiedeneGiftinformationszentren eine Zunahme von Anrufen zu Vergiftungsunfällen mit Lachgas. So wurde beim Giftnotruf Berlin zwischen 2010 und 2015 von ein bis zwei Fällen pro Jahr berichtet. Im Jahr 2022 gab es bereits 7 Fälle und für 2023 wurde von 20 Fällen berichtet. Dabei handelte es sich bisher überwiegend um leichte bis mittelschwere Fälle und nur vereinzelt um schwere Fälle. Im Jahr 2024 wurden 50 Vergiftungsfälle mit Lachgas erfasst. Betroffen waren zum größeren Teil Jugendliche und junge Erwachsene (36 Fälle), überwiegend mit leichter bis mittlerer Symptomatik.
Studien aus europäischen Nachbarländern belegen, dass der Konsum von Lachgas auch zu schweren und bleibenden Gesundheitsschäden führen kann. ImGroßraum Paris wurden zwischen 2018 und 2021 insgesamt 181 Fälle mit schweren Lachgasvergiftungen erfasst, bei denen dasRückenmark oder weitere Teile desNervensystems teilweise stark geschädigt waren.[99]
Für den Nachweis von Distickstoffmonoxid werden chromatographische, spektroskopische undamperometrische Analysenmethoden verwendet. Weit verbreitet ist der Nachweis mittelsGaschromatographie mit einemElektroneneinfangdetektor. Weiterhin wird dieFTIR-Spektrometrie eingesetzt sowie die elektrochemische Bestimmung mittels amperometrischer Sensoren, wobei die Distickstoffmonoxid-Konzentration durch die Messung eines Stromes bestimmt wird, der bei der Reduktion von Distickstoffmonoxid an einer Elektrode entsteht.[37]
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ZDFheute Nachrichten: Lachgas: Harmloser Rausch oder Partydroge mit Risiko? aufYouTube, 27. Oktober 2024 (Abgefüllt im Luftballon verspricht Lachgas den ultimativen Partykick. Die bunten Kartuschen stehen in Deutschlands Kiosken frei zum Verkauf. Der Lachgaskick dauert wenige Sekunden, doch der Konsum kann langfristige gesundheitliche Schäden verursachen. Eine ZDF.reportage über den gefährlichen Trend der Partydroge Lachgas.).
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