venerdì, 18 Settembre, 2020

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Nitrato d’ammonio: analisi chimica dell’esplosione a Beirut

L'esplosione del nitrato d'ammonio verificatasi nel porto di Beirut è stata paragonata ad una esplosione nucleare. Sarà davvero così? Scopriamolo insieme.

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)

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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).

Quantità di prodotti di reazione nell’ipotesi che ogni reazione avvenga in maniera esclusiva e con conversione completa.

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.

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Rosario Tolomeohttps://energycue.it
Laureato in Ingegneria Chimica. Ingegnere di processo e consulente prima, PhD Student in Industrial Engineering su veicoli elettrici e batterie ora. Autore su #EnergyCuE da Maggio 2019. Appassionato di tecnologia, scienza, Giappone, energia e sostenibilità a tutto tondo.