El aire que respiramos es fundamentalmente una mezcla de unas 4 partes en volumen de N2 y una parte de O2. Se han ideado distintos sistemas para producir aire respirable para bomberos, buzos, astronautas o trabajadores que deban estar protegidos contra peligros biológicos o químicos. Dos métodos físicos son comprimir aire gaseoso o bien criogenizarlo. Pero hay un método químico muy interesante: producir el aire directamente descomponiendo compuesto que contenga nitrógeno y oxígeno. El compuesto ideal es el óxido de nitrógeno(I), N2O.
Este es un compuesto muy peculiar que se conoce también por el nombre de gas hilarante porque produce unas alteraciones de conducta que pueden incluir la risa. Además, es anestésico; de hecho, fue uno de los primeros anestésicos empleados en cirugía y por los dentistas. Por otra parte, es el tercer gas que produce más efecto invernadero.
Obtención de aire respirable
La disociación de N2O es un equilibrio químico que se representa así:
2 N2O ⇌ 2 N2 + O2
Eso supone que se obtiene una mezcla de aproximadamente 2/3 N2 y 1/3 de O2. Aunque estas proporciones no son las del aire atmosférico, la mezcla se considera aire respirable para determinadas aplicaciones, si bien es calificada como hiperóxica. Se denomina aire enriquecido o nitrox.
La reacción es exotérmica, por lo que un aumento de temperatura desplaza el equilibrio hacia la izquierda, según el principio de Le Châtelier. Sin embargo, tampoco puede llevarse a cabo a temperaturas demasiado bajas porque sería muy lenta. Lo ideal, pues, es hacer la reacción a temperaturas razonablemente altas y al mismo tiempo usar un catalizador.
Un margen adecuado de temperatura estaría entre los 400 y los 540 oC. Esta última no se debe superar porque se favorecería la formación de otros óxidos de nitrógeno que son tóxicos. Pero evitarlo no es sencillo porque, al ser la reacción exotérmica, en algunos puntos del reactor la temperatura podría dispararse.
Para mantener la temperatura dentro del rango requerido en todo el reactor evitando la creación de puntos calientes por razones físicas o debidas a la disociación exotérmica del N2O, este gas puede introducirse en el reactor mediante un tubo inyector que cuente con orificios cuidadosamente espaciados para distribuir bien el flujo de entrada.
Además, el sistema debería incluir subsistemas que eliminen los óxidos de nitrógeno que se puedan formar. Por ejemplo, la mezcla de gases que sale de un reactor principal se puede hacer pasar por un lecho de carbono que adsorbería todas las trazas de NO y la mayor parte de las trazas de NO2 y posteriormente por un reactor catalítico en el que se disociará la mayor parte o la totalidad del NO2 restante.
Ventajas
Este método de producción de aire respirable contrasta con los sistemas de aire criogénico y aire comprimido. Estos últimos requieren de grandes tanques que solo pueden contener cantidades relativamente pequeñas de gases. Alternativamente, los gases se pueden almacenar de forma compacta en mayores cantidades y a bajas presiones cuando se licuan, pero luego se necesita un equipo criogénico para mantenerlos en forma líquida.
El N2O tiene una característica peculiar que lo hace ventajoso en ese sentido: se puede almacenar en forma líquida a temperatura ambiente y presión moderada. La masa de N2O que se puede almacenar en un tanque de una masa dada es aproximadamente 20 veces la masa de aire comprimido que se puede almacenar en un tanque de igual masa.
