Nitrato d’ammonio: analisi chimica dell’esplosione a Beirut
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Responsabile del disastro accaduto a Beirut, il nitrato d’ammonio NH4NO3 è un composto chimico piuttosto comune, di facile reperibilità ed economico. Paragonata, esagerando, ad una nucleare, scopriamo un po’ di chimica ed un po’ di fisica dietro questa esplosione.
Nitrato d’ammonio
Chi è il nitrato d’ammonio? Di formula chimica NH4NO3, il nitrato d’ammonio è il sale dell’ammoniaca con acido nitrico. Su scala industriale è prodotto proprio a partire da una reazione di neutralizzazione tra ammoniaca (in forma anidra) e acido nitrico.
NH3 + HNO3 ⇄ NH4NO3
La reazione è fortemente esotermica e ha carattere esplosivo.
Generalmente i fertilizzanti apportano composti N, P e K al terreno. Il nitrato d’ammonio è uno dei composti azotati (N) più utilizzati nell’agricoltura. Questo perché, grazie alla sua composizione chimica, mette a disposizione azoto a rilascio immediato (dal gruppo nitrato) e azoto a rilascio lento (dal gruppo ammoniacale).
Un’altra applicazione è legata alla produzione di ghiaccio istantaneo. La reazione che mette a contatto NH4NO3 con H2O è fortemente endotermica.
NH4NO3(s) + H2O(l) → NH4+ + NO3⁻ + H2O(l)
Chimica e fisica di una esplosione
A temperature non superiori ai 250°C, la reazione cui si assiste è la decomposizione termica a ossido nitroso ed acqua.
NH4NO3 → N2O + 2 H2O
Per temperature che superano invece i 250°C, la reazione cui possiamo assistere è la seguente.
2 NH4NO3 → O2 + 2 N2 + 4 H2O
Una ulteriore possibile reazione di degradazione termica del nitrato d’ammonio può essere la seguente.
4 NH4NO3 → 2 NH3 + 3 NO2 + NO + N2 + 5 H2O
Tutte le reazioni producono composti in fase gassosa e anche l’acqua, presente tra i prodotti di reazione, sarà in forma di vapore surriscaldato, considerate le temperature di innesco delle suddette reazioni (>100°C).
È intuitivo pensare che, probabilmente, tutte e tre le reazioni possano aver avuto luogo insieme ad altre reazioni dovute a sostanze potenzialmente esplosive presenti in loco.
La temperatura cui avviene la detonazione del NH4NO3 è di 1120°C [fonte]. Supponendo valida l’ipotesi di poter applicare l’equazione dei gas ideali e utilizzando le moli totali dei gas prodotti, si ottiene una forza per unità di superficie pari a 11000 atm circa.
L’esplosione ha liberato una energia di circa 5 terajoules, pari a 1,2 kilotoni (kT). La bomba atomica sganciata su Hiroshima, per paragone, ha liberato una energia compresa tra 13 e 18 kT. L’esplosione nel porto di Beirut, quindi, ha avuto una potenza pari a circa l’8% di quella di Little Boy.