Se usa como gas anestésico, como propulsor en la crema batida (para hacer las burbujas). Sus otros usos dependen de que sea un agente oxidante. Una llama con acetileno y óxido nitroso es más caliente que una con acetileno y oxígeno. Esto se puede usar para cortar materiales difíciles. La llama de óxido nitroso de acetileno se usa en una técnica analítica llamada espectroscopía de absorción atómica. Hace tanto calor que los metales en solución se convierten en una especie de gas atómico que luego puede analizarse espectroscópicamente. Es muy preciso y también puede medir niveles muy bajos, como elementos traza. La principal desventaja es tener un gas explosivo y un gas oxidante en el laboratorio, por lo que algunos otros sistemas se están volviendo más comunes.
Como oxidante, es más conveniente que el oxígeno porque puede almacenarse como un líquido en un cilindro a temperatura ambiente que es más compacta (y a menos de la mitad de la presión utilizada para el oxígeno gaseoso), por lo que se ha utilizado para proporcionar energía adicional a motores automotrices, especialmente para carreras de resistencia. También se puede usar como oxidante en el combustible de cohetes. La industria espacial parece capaz de manejar el oxígeno líquido, pero el óxido nitroso a menudo es utilizado por los aficionados a los cohetes.
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