Dinitrogen monoksida

Mesin roket

Dinitrogen oksida dapat digunakan sebagai oksidator dalam mesin roket. Dibandingkan dengan oksidator lain, zat ini jauh lebih tidak beracun dan lebih stabil pada suhu kamar, sehingga lebih mudah disimpan dan lebih aman dibawa dalam penerbangan. Kepadatannya yang tinggi dan tekanan penyimpanan yang rendah (bila dijaga pada suhu rendah) membuatnya sangat kompetitif dibandingkan sistem penyimpanan gas bertekanan tinggi.^[11]

Dalam paten tahun 1914, pionir roket Amerika Robert Goddard menyarankan dinitrogen oksida dan bensin sebagai propelan yang memungkinkan untuk roket berbahan bakar cair.^[12] Dinitrogen oksida telah menjadi oksidator pilihan dalam beberapa desain roket hibrida (menggunakan bahan bakar padat dengan oksidator cair atau gas). Kombinasi dinitrogen oksida dengan bahan bakar polibutadiena berujung hidroksil telah digunakan oleh SpaceShipOne dan lainnya. Zat ini juga banyak digunakan dalam roket amatir dan roket daya tinggi dengan berbagai plastik sebagai bahan bakarnya.

Dinitrogen oksida juga dapat digunakan sebagai monopropelan. Dengan adanya katalis yang dipanaskan pada suhu 577°C, N₂O terurai secara eksotermik menjadi nitrogen dan oksigen.^[13] Karena pelepasan panas yang besar, aksi katalitik dengan cepat menjadi sekunder karena autodekomposisi termal menjadi dominan. Dalam pendorong vakum, ini dapat memberikan impuls spesifik monopropelan (I_sp) hingga 180 detik. Meskipun jauh lebih kecil daripada I_sp yang tersedia dari pendorong hidrazin (monopropelan, atau bipropelan dengan dinitrogen tetroksida), tingkat toksisitas yang rendah membuat dinitrogen oksida menjadi pilihan yang berharga.

Penyalaan dinitrogen oksida sangat bergantung pada tekanan. Zat ini berdeflagrasi pada suhu sekitar 600°C pada tekanan 309 psi (21 atmosfer).^[14] Pada tekanan 600 psi, energi penyalaan yang dibutuhkan hanya 6 joule, sedangkan pada 130 psi, masukan energi penyalaan sebesar 2.500 joule tidaklah cukup.^[15][16]

Mesin pembakaran dalam

Dalam balapan kendaraan, dinitrogen oksida (sering disebut "nitrous" dalam konteks ini) meningkatkan daya mesin dengan menyediakan lebih banyak oksigen selama pembakaran, sehingga memungkinkan mesin membakar lebih banyak bahan bakar. Zat ini adalah agen pengoksidasi yang kira-kira setara dengan hidrogen peroksida, dan jauh lebih kuat daripada oksigen molekuler. Dinitrogen oksida tidak mudah terbakar pada tekanan/suhu rendah, tetapi pada suhu sekitar 300°C, penguraiannya menghasilkan lebih banyak oksigen daripada udara atmosfer. Zat ini sering dicampur dengan bahan bakar lain yang lebih mudah berdeflagrasi.

Dinitrogen oksida disimpan sebagai cairan terkompresi. Dalam manifes asupan mesin, penguapan dan ekspansi cairan menyebabkan penurunan besar pada suhu muatan asupan, menghasilkan muatan yang lebih padat dan memungkinkan lebih banyak campuran udara/bahan bakar masuk ke silinder. Terkadang dinitrogen oksida disuntikkan ke dalam (atau sebelum) manifes asupan, sementara sistem lain menyuntikkannya secara langsung tepat sebelum silinder (direct port injection).

Teknik ini digunakan selama Perang Dunia II oleh pesawat Luftwaffe dengan sistem GM-1 untuk meningkatkan output daya mesin pesawat. Awalnya dimaksudkan untuk memberikan performa ketinggian tinggi yang unggul bagi pesawat standar Luftwaffe, pertimbangan teknologi membatasi penggunaannya hanya pada ketinggian yang sangat ekstrim. Oleh karena itu, sistem ini hanya digunakan oleh pesawat khusus seperti pesawat pengintai ketinggian tinggi, pembom cepat, dan pesawat pencegat ketinggian tinggi. Terkadang sistem ini juga ditemukan pada pesawat Luftwaffe yang dilengkapi dengan sistem penguat mesin lainnya, MW 50, suatu bentuk injeksi air untuk mesin penerbangan yang menggunakan metanol untuk kemampuan penguatnya.

Salah satu masalah utama oksidator dinitrogen oksida pada mesin bolak-balik adalah tenaga yang berlebihan: jika struktur mekanis mesin tidak diperkuat dengan benar, mesin dapat rusak parah atau hancur. Sangat penting dalam penambahan dinitrogen oksida pada mesin bensin untuk menjaga suhu operasional dan tingkat bahan bakar yang tepat dan merata guna mencegah pra-penyalaan (juga disebut detonasi atau ketukan busi).^[17] Namun, sebagian besar masalah yang terkait dengan dinitrogen oksida bukan berasal dari tenaga yang berlebihan tetapi dari tekanan yang berlebihan, karena gas tersebut membangun muatan yang jauh lebih padat di dalam silinder. Peningkatan tekanan dan suhu dapat melelehkan, meretakkan, atau membengkokkan piston, katup, dan kepala silinder.

Cairan dinitrogen oksida tingkat otomotif sedikit berbeda dari tingkat medis. Sejumlah kecil sulfur dioksida (SO₂) ditambahkan untuk mencegah penyalahgunaan zat.^[18]

Propelan aerosol untuk makanan

Gas ini disetujui untuk digunakan sebagai aditif makanan (nomor E: E942), khususnya sebagai propelan semprotan aerosol. Zat ini umum digunakan dalam kaleng aerosol krim kocok dan minyak semprot masak.

Gas ini sangat larut dalam senyawa lemak. Dalam krim kocok aerosol bertekanan, gas ini dilarutkan dalam krim berlemak sampai keluar dari kaleng, saat zat tersebut berubah menjadi gas dan menciptakan busa. Hal ini menghasilkan krim kocok dengan volume empat kali lipat dari cairannya, sedangkan mengocok udara ke dalam krim hanya menghasilkan dua kali lipat volumenya. Berbeda dengan udara, dinitrogen oksida menghambat ketengikan lemak susu. Karbondioksida tidak dapat digunakan untuk krim kocok karena bersifat asam dalam air, yang akan menggumpalkan krim dan memberikan sensasi "sparkle" seperti air seltzer.

Krim kocok yang sangat berbusa yang dihasilkan dengan dinitrogen oksida tidak stabil, dan akan kembali menjadi cair dalam waktu setengah jam hingga satu jam.^[19] Oleh karena itu, zat ini tidak cocok untuk menghias makanan yang tidak akan segera disajikan.

Pada bulan Desember 2016, terjadi kekurangan krim kocok aerosol di Amerika Serikat, di mana penggunaan krim kocok kalengan mencapai puncaknya selama musim Natal dan liburan, akibat ledakan di fasilitas dinitrogen oksida Air Liquide di Florida pada akhir Agustus. Perusahaan memprioritaskan pasokan dinitrogen oksida yang tersisa untuk pelanggan medis daripada untuk pembuatan makanan.^[20]

Selain itu, minyak semprot masak, yang terbuat dari berbagai minyak dengan emulsi lesitin, dapat menggunakan dinitrogen oksida sebagai propelan, atau alternatifnya menggunakan alkohol tingkat pangan atau propana.

Medis

Dinitrogen oksida telah digunakan dalam kedokteran gigi dan pembedahan, sebagai anestesi dan analgesik, sejak tahun 1844.^[21] Pada masa awal, gas ini diberikan melalui inhaler sederhana yang terdiri dari kantong pernapasan yang terbuat dari kain karet.^[22] Saat ini, gas tersebut diberikan di rumah sakit melalui mesin analgesia relatif otomatis, dengan penguap anestesi dan ventilator medis, yang memberikan aliran campuran dinitrogen oksida dengan oksigen dalam rasio 2:1 dengan dosis yang tepat dan digerakkan oleh napas.

Dinitrogen oksida adalah anestesi umum yang lemah, sehingga umumnya tidak digunakan sendirian dalam anestesi umum, melainkan digunakan sebagai gas pembawa (dicampur dengan oksigen) untuk obat anestesi umum yang lebih kuat seperti sevofluran atau desfluran. Zat ini memiliki konsentrasi alveolar minimum sebesar 105% dan koefisien partisi darah/gas sebesar 0,46. Penggunaan dinitrogen oksida dalam anestesi dapat meningkatkan risiko mual dan muntah pascaoperasi.^[23][24][25]

Dokter gigi menggunakan mesin yang lebih sederhana yang hanya memberikan campuran N₂O/O₂ untuk dihirup pasien saat sadar, namun mesin tersebut harus berupa pengukur aliran (flowmeter) analgesik relatif khusus yang dirancang dengan kadar oksigen minimal 30% setiap saat dan batas atas maksimal 70% dinitrogen oksida. Pasien tetap sadar selama prosedur berlangsung, dan mempertahankan kemampuan mental yang memadai untuk menanggapi pertanyaan serta instruksi dari dokter gigi.^[26]

Inhalasi dinitrogen oksida sering digunakan untuk meredakan nyeri yang berhubungan dengan persalinan, trauma, bedah mulut, dan sindrom koroner akut (termasuk serangan jantung). Penggunaannya selama persalinan telah terbukti menjadi bantuan yang aman dan efektif bagi wanita yang melahirkan.^[27] Penggunaannya untuk sindrom koroner akut belum diketahui manfaat pastinya.^[28]

Di Kanada dan Inggris, Entonox dan Nitronox umum digunakan oleh kru ambulans (termasuk praktisi yang tidak terdaftar) sebagai gas analgesik yang cepat dan sangat efektif.

Dinitrogen oksida lima puluh persen dapat dipertimbangkan untuk digunakan oleh penolong pertama non-profesional yang terlatih dalam pengaturan pra-rumah sakit, mengingat kemudahan dan keamanan relatif dalam pemberian dinitrogen oksida 50% sebagai analgesik. Efeknya yang cepat hilang (reversibility) juga mencegahnya menghalangi diagnosis medis.^[29]

Rekreasional

Inhalasi dinitrogen oksida secara rekreasional, untuk menginduksi euforia dan halusinasi ringan, dimulai di kalangan kelas atas Inggris pada tahun 1799 dalam pertemuan yang dikenal sebagai "pesta gas tertawa".^[30]

Sejak abad ke-19, ketersediaan gas yang luas untuk tujuan medis dan kuliner memungkinkan penggunaan rekreasional meluas secara global. Di Inggris pada tahun 2014, dinitrogen oksida diperkirakan digunakan oleh hampir setengah juta orang muda di tempat hiburan malam, festival, dan pesta.^[31]

Penggunaan rekreasional yang meluas di seluruh Inggris ditampilkan dalam dokumenter Vice tahun 2017 berjudul Inside The Laughing Gas Black Market, di mana jurnalis Matt Shea bertemu dengan pengedar zat tersebut yang mencurinya dari rumah sakit.^[32]

Masalah signifikan yang dikutip dalam pers London adalah dampak sampah tabung dinitrogen oksida, yang sangat mencolok dan menyebabkan keluhan signifikan dari masyarakat.^[33]

Sebelum 8 November 2023 di Inggris, dinitrogen oksida tunduk pada Undang-Undang Zat Psikoaktif 2016, yang menjadikannya ilegal untuk diproduksi, dipasok, diimpor, atau diekspor untuk penggunaan rekreasional. Undang-undang yang diperbarui melarang kepemilikan dinitrogen oksida, dan mengklasifikasikannya sebagai obat Golongan C di bawah Undang-Undang Penyalahgunaan Obat-obatan 1971.^[34]

Meskipun dinitrogen oksida dipahami oleh sebagian besar pengguna rekreasional sebagai cara mendapatkan rasa senang yang "aman", banyak yang tidak menyadari bahwa konsumsi berlebihan dapat menyebabkan kerusakan saraf yang, jika tidak diobati, dapat menyebabkan kerusakan neurologis permanen.^[35] Di Australia, penggunaan rekreasional menjadi perhatian kesehatan masyarakat menyusul meningkatnya laporan neurotoksisitas dan rujukan ke unit gawat darurat. Di negara bagian Australia Selatan, undang-undang disahkan pada tahun 2020 untuk membatasi penjualan tabung tersebut.^[36]

Pada tahun 2024, dengan nama jalanan "Galaxy Gas", dinitrogen oksida meledak popularitasnya di kalangan anak muda untuk penggunaan rekreasional, sebagian didorong oleh tren TikTok.^[37][38]