Ammonium Nitrat -Ammonium nitrate

Ammonium Nitrat
Strukturformel
Ammoniumnitrat krystallstruktur
Prøve av hvitt pulver og kuler
Navn
IUPAC navn
Ammonium Nitrat
Identifikatorer
3D-modell ( JSmol )
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.026.680 Rediger dette på Wikidata
EC-nummer
RTECS-nummer
UNII
FN-nummer 0222med > 0,2 % brennbare stoffer
1942med ≤ 0,2 % brennbare stoffer
2067gjødsel
2426flytende
  • InChI=1S/NO3.H3N/c2-1(3)4;/h;1H3/q-1;/p+1 kryss avY
    Nøkkel: DVARTQFDIMZBAA-UHFFFAOYSA-O kryss avY
  • InChI=1/NO3.H3N/c2-1(3)4;/h; 1H3/q-1;/p+1
    Nøkkel: DVARTQFDIMZBAA-IKLDFBCSAH
  • [O-][N+]([O-])=O.[NH4+]
Eiendommer
NH 4 NO 3
Molar masse 80,043 g/mol
Utseende hvitt krystallinsk fast stoff
Tetthet 1,725 ​​g/cm 3 (20 °C)
Smeltepunkt 169,6 °C (337,3 °F; 442,8 K)
Kokepunkt ca. 210 °C (410 °F; 483 K) spaltes
Endotermisk
118 g/100 ml (0 °C)
150 g/100 ml (20 °C)
297 g/100 ml (40 °C)
410 g/100 ml (60 °C)
576 g/100 ml (80 °C ) )
1024 g/100 ml (100 °C)
-33,6·10 −6 cm 3 /mol
Struktur
trigonal
Eksplosive data
Sjokkfølsomhet veldig lav
Friksjonsfølsomhet veldig lav
Detonasjonshastighet 2500 m/s
Farer
Arbeidssikkerhet og helse (OHS/OSH):
Hovedfarer
Eksplosiv, oksidasjonsmiddel
GHS- merking :
GHS07: Utropstegn GHS03: Oksiderende GHS01: Eksplosiv
Fare
H201 , H271 , H319
P220 , P221 , P264 , P271 , P280 , P372
NFPA 704 (branndiamant)
1
0
3
Dødelig dose eller konsentrasjon (LD, LC):
LD 50 ( median dose )
2085–5300 mg/kg (oral hos rotter, mus)
Beslektede forbindelser
Andre anioner
Ammoniumnitritt
Andre kationer
Natriumnitrat
Kaliumnitrat
Hydroxylammoniumnitrat
Beslektede forbindelser
Ammoniumperklorat
Med mindre annet er angitt, er data gitt for materialer i standardtilstand (ved 25 °C [77 °F], 100 kPa).
kryss avY bekrefte  ( hva er   ?) kryss avY☒N

Ammoniumnitrat er en kjemisk forbindelse med den kjemiske formelen NH 4 NO 3 . Det er et hvitt krystallinsk salt som består av ioner av ammonium og nitrat . Det er svært løselig i vann og hygroskopisk som et fast stoff, selv om det ikke danner hydrater . Det brukes hovedsakelig i landbruket som gjødsel med høyt nitrogeninnhold . Global produksjon ble estimert til 21,6 millioner tonn i 2017.

Dens andre hovedbruk er som en komponent i eksplosive blandinger som brukes i gruvedrift, steinbrudd og sivil konstruksjon. Det er hovedbestanddelen av ANFO , et populært industrielt eksplosiv som står for 80 % av eksplosivene som brukes i Nord-Amerika; lignende formuleringer har blitt brukt i improviserte eksplosive enheter .

Mange land faser ut bruken i forbrukerapplikasjoner på grunn av bekymring over potensialet for misbruk. Tilfeldige ammoniumnitrateksplosjoner har drept tusenvis av mennesker siden begynnelsen av 1900-tallet.

Hendelse

Ammoniumnitrat finnes som det naturlige mineralet gwihabaitt (tidligere kjent som nitrammitt) – ammoniumanalogen av salpeter (mineralogisk navn: niter) – i de tørreste områdene i Atacama-ørkenen i Chile , ofte som en skorpe på bakken eller i forbindelse med andre nitrat-, jodat- og halogenidmineraler . Ammoniumnitrat ble utvunnet der inntil Haber–Bosch-prosessen gjorde det mulig å syntetisere nitrater fra atmosfærisk nitrogen, og dermed gjøre nitratutvinning foreldet.

Produksjon, reaksjoner og krystallinske faser

Industriell produksjon av ammoniumnitrat innebærer syre-basereaksjonen av ammoniakk med salpetersyre :

HNO 3 + NH 3 → NH 4 NO 3

Ammoniakk brukes i vannfri form (en gass) og salpetersyren konsentreres. Reaksjonen er voldsom på grunn av sin svært eksoterme natur. Etter at løsningen er dannet, typisk ved ca. 83 % konsentrasjon, fordampes overskuddsvannet for å etterlate et ammoniumnitrat (AN) innhold på 95 % til 99,9 % konsentrasjon (AN smelte), avhengig av kvalitet. AN-smelten gjøres deretter til "prills" eller små perler i et spraytårn , eller til granulat ved spraying og tumbling i en roterende trommel. Prillene eller granulatene kan tørkes ytterligere, avkjøles og deretter belegges for å forhindre kakedannelse. Disse prillene eller granulatene er de typiske AN-produktene i handelen.

Ammoniakken som kreves for denne prosessen er oppnådd ved Haber-prosessen fra nitrogen og hydrogen. Ammoniakk produsert ved Haber-prosessen kan oksideres til salpetersyre ved Ostwald-prosessen . En annen produksjonsmetode er en variant av nitrofosfatprosessen :

Ca(NO 3 ) 2 + 2 NH 3 + CO 2 + H 2 O → 2 NH 4 NO 3 + CaCO 3

Produktene, kalsiumkarbonat og ammoniumnitrat, kan renses separat eller selges kombinert som kalsiumammoniumnitrat .

Ammoniumnitrat kan også lages via metatesereaksjoner :

(NH 4 ) 2 SO 4 + Ba(NO 3 ) 2 → 2 NH 4 NO 3 + BaSO 4
NH4Cl + AgNO3NH4NO3 + AgCl _ _ _ _ _

Reaksjoner

Siden ammoniumnitrat er et salt , kan både kationet, NH 4 + , og anionet, NO 3 , delta i kjemiske reaksjoner.

Fast ammoniumnitrat brytes ned ved oppvarming. Ved temperaturer under rundt 300 °C produserer nedbrytningen hovedsakelig lystgass og vann:

NH4NO3 → N2O + 2H2O _ _ _ _

Ved høyere temperaturer dominerer følgende reaksjon.

2NH4NO3 → 2N2 + O2 + 4H2O _ _ _ _

Begge dekomponeringsreaksjonene er eksoterme og produktene deres er gass. Under visse forhold kan dette føre til en løpsreaksjon , hvor nedbrytningsprosessen blir eksplosiv. Se § Katastrofer for detaljer. Mange ammoniumnitratkatastrofer , med tap av liv, har skjedd.

Den rød-oransje fargen i en eksplosjonssky skyldes nitrogendioksid , et sekundært reaksjonsprodukt.

Krystallinske faser

En rekke krystallinske faser av ammoniumnitrat er observert. Følgende forekommer under atmosfærisk trykk.

Fase Temperatur (°C) Symmetri
(væske) (over 169,6)
Jeg 169,6 til 125,2 kubikk
II 125,2 til 84,2 tetragonal
III 84,2 til 32,3 α-rombisk
IV 32,3 til -16,8 β-rombisk
V under -16,8 tetragonal

Overgangen mellom β-rombiske til α-rombiske former (ved 32,3°C) skjer ved omgivelsestemperatur i mange deler av verden. Disse formene har en forskjell på 3,6 % i tetthet, og overgang mellom dem forårsaker derfor en endring i volum. En praktisk konsekvens av dette er at ammoniumnitrat ikke kan brukes som et fast rakettmotordrivmiddel , da det utvikler sprekker. Stabilisert ammoniumnitrat (PSAN) ble utviklet som en løsning på dette og inneholder metallhalogenider stabilisatorer, som forhindrer tetthetssvingninger.

applikasjoner

Gjødsel

Ammoniumnitrat er en viktig gjødsel med NPK-rating 34-0-0 (34 % nitrogen). Det er mindre konsentrert enn urea (46-0-0), noe som gir ammoniumnitrat en liten transportulempe. Ammoniumnitrats fordel fremfor urea er at det er mer stabilt og mister ikke raskt nitrogen til atmosfæren.

Sprengstoff

Ammoniumnitrat danner lett eksplosive blandinger med varierende egenskaper når det kombineres med eksplosiver som TNT eller med drivstoff som aluminiumpulver eller fyringsolje. Eksempler på eksplosiver som inneholder ammoniumnitrat inkluderer:

Blanding med fyringsolje

ANFO er en blanding av 94% ammoniumnitrat ("AN") og 6% fyringsolje ("FO") mye brukt som industrielt eksplosiv i bulk . Den brukes i kullgruvedrift , steinbrudd , metallgruvedrift og sivil konstruksjon i lite krevende bruksområder der fordelene med ANFOs lave kostnader, relative sikkerhet og brukervennlighet betyr mer enn fordelene som tilbys av konvensjonelle industrielle eksplosiver, som vannmotstand, oksygen balanse, høy detonasjonshastighet og ytelse i små diametre.

Terrorisme

Ammoniumnitratbaserte eksplosiver ble brukt i Sterling Hall-bombingen i Madison, Wisconsin, 1970, Oklahoma City-bombingen i 1995, Delhi-bombingen i 2011, bombingen i 2011 i Oslo og Hyderabad-eksplosjonene i 2013 .

I november 2009 innførte regjeringen i North West Frontier Province (NWFP) i Pakistan et forbud mot ammoniumsulfat- , ammoniumnitrat- og kalsiumammoniumnitratgjødsel i den tidligere Malakand-divisjonen  - bestående av Upper Dir , Lower Dir , Swat , Chitral , og Malakand -distriktene i NWFP – etter rapporter om at disse kjemikaliene ble brukt av militante til å lage eksplosiver. På grunn av disse forbudene har " Kaliumklorat  - det som gjør at sikkerhetsfyrstikker tar fyr - overgått gjødsel som det foretrukne sprengstoffet for opprørere."

Nisjebruk

Ammoniumnitrat brukes i noen øyeblikkelige kaldpakker , siden oppløsningen i vann er svært endotermisk . I 2021 gjennomførte King Abdullah University of Science and Technology i Saudi-Arabia eksperimenter for å studere potensialet for å løse opp ammoniumnitrat i vann for kjølesystemer utenfor nettet og som kjølemedium. De foreslo at vannet kunne destilleres og gjenbrukes ved hjelp av solenergi for å unngå vannsløsing i alvorlige miljøer.

Det ble en gang brukt, i kombinasjon med uavhengig eksplosivt "drivstoff" som guanidinnitrat , som et billigere (men mindre stabilt) alternativ til 5-aminotetrazol i luftputene til kollisjonsputer produsert av Takata Corporation , som ble tilbakekalt som utrygge etter å ha drept 14 mennesker .

Sikkerhet, håndtering og lagring

Det finnes en rekke sikkerhetsretningslinjer for lagring og håndtering av ammoniumnitrat. Helse- og sikkerhetsdata er vist på sikkerhetsdatabladene som er tilgjengelige fra leverandører og fra ulike myndigheter.

Rent ammoniumnitrat brenner ikke, men som et sterkt oksidasjonsmiddel støtter og akselererer det forbrenningen av organisk (og noe uorganisk) materiale. Det bør ikke oppbevares i nærheten av brennbare stoffer.

Mens ammoniumnitrat er stabilt ved omgivelsestemperatur og trykk under mange forhold, kan det detonere fra en sterk initieringsladning. Det bør ikke oppbevares i nærheten av høye eksplosiver eller sprengningsmidler.

Smeltet ammoniumnitrat er svært følsomt for støt og detonasjon, spesielt hvis det blir forurenset med uforenlige materialer som brennbare stoffer, brennbare væsker, syrer, klorater, klorider, svovel, metaller, trekull og sagflis.

Kontakt med visse stoffer som klorater , mineralsyrer og metallsulfider kan føre til kraftig eller til og med voldsom nedbrytning som kan antenne nærliggende brennbart materiale eller detonere.

Ammoniumnitrat begynner nedbrytning etter smelting og frigjør NO x , HNO 3 , NH
3
og H20 . _ _ Det bør ikke varmes opp i et trangt rom. Den resulterende varmen og trykket fra dekomponering øker følsomheten for detonasjon og øker nedbrytningshastigheten. Detonasjon kan skje ved 80 atmosfærer . Forurensning kan redusere dette til 20 atmosfærer.

Ammoniumnitrat har en kritisk relativ fuktighet på 59,4 % ved 30°C. Ved høyere luftfuktighet vil den absorbere fuktighet fra atmosfæren. Derfor er det viktig å oppbevare ammoniumnitrat i en tett lukket beholder. Ellers kan den smelte sammen til en stor, solid masse. Ammoniumnitrat kan absorbere nok fuktighet til å bli flytende. Blanding av ammoniumnitrat med visse andre gjødsel kan senke den kritiske relative fuktigheten.

Potensialet for bruk av materialet som eksplosiv har ført til regulatoriske tiltak. I Australia trådte for eksempel Dangerous Goods Regulations i kraft i august 2005 for å håndheve lisensiering ved håndtering av slike stoffer. Lisenser gis kun til søkere (industri) med passende sikkerhetstiltak på plass for å forhindre misbruk. Ytterligere bruk som utdanning og forskningsformål kan også vurderes, men individuell bruk vil ikke. Ansatte til de som har lisenser til å håndtere stoffet må fortsatt ha tilsyn av autorisert personell og må bestå en sikkerhets- og nasjonal politikontroll før lisens kan gis.

Helsefarer

Ammoniumnitrat er ikke helsefarlig og brukes vanligvis i gjødselprodukter.

Ammoniumnitrat har en LD 50 på 2217 mg/kg, som til sammenligning er omtrent to tredjedeler av bordsalt .

Katastrofer

Ammoniumnitrat spaltes, ikke-eksplosivt, til gassene lystgass og vanndamp ved oppvarming. Imidlertid kan det bli indusert til å dekomponere eksplosivt ved detonasjon . Store lagre av materialet kan også utgjøre en stor brannrisiko på grunn av deres støttende oksidasjon , en situasjon som lett kan eskalere til detonasjon. Eksplosjoner er ikke uvanlig: relativt små hendelser forekommer de fleste årene, og flere store og ødeleggende eksplosjoner har også skjedd. Eksempler inkluderer Oppau-eksplosjonen i 1921 (en av de største kunstige ikke-atomeksplosjonene ), Texas City-katastrofen i 1947, Tianjin-eksplosjonene i Kina i 2015 og Beirut-eksplosjonen i 2020 .

Ammoniumnitrat kan eksplodere gjennom to mekanismer:

Se også

Referanser

Kilder

  • Egenskaper: UNIDO og International Fertilizer Development Center (1998), Fertilizer Manual , Kluwer Academic Publishers, ISBN  0-7923-5032-4 .

Eksterne linker