从堪比原子弹的硝酸铵爆炸说起 | 硝酸铵为何爆炸威力如此巨大?

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从堪比原子弹的硝酸铵爆炸说起 | 硝酸铵为何爆炸威力如此巨大?

2024-07-13 00:31:01| 来源: 网络整理| 查看: 265

那么硝酸铵是何物?为何其爆炸威力如此巨大?还有那些化合物与硝酸铵类似?今天,请随小编一起学习

1

硝酸铵

硝酸铵的结构式:

硝酸铵主要以式上图形式II存在,为无色无味的晶体。

纯硝酸铵在常温常压下是稳定的,对打击、碰撞或摩擦均不敏感。硝酸铵用途广泛,可用作化肥和制造炸药等。并且其在农业化肥中应用巨大,在用作化肥时,硝酸铵往往以颗粒状存在,遇到水分能快速溶解,从而释放出植物生长需要的养料——氮。因此对该化合物对安全管控方面,很多国家都没有拿出良好都对策。

但是在高温、高压和有可被氧化的物质(还原剂)存在及电火花下会发生爆炸,硝酸铵在含水3%以上时无法爆轰,但仍会在一定温度下分解,在生产、贮运和使用中必须严格遵守安全规定。

随着温度的升高,硝酸铵会发生分解,从而发生化学变化,超过400摄氏度以上时,会发生爆炸。

硝酸铵受热分解温度不同,分解产物也不同。

在110°C时:NH4NO3→NH3+HNO3

在185~200°C时:NH4NO3→N2O+2H2O

在230°C以上时,同时有弱光:2NH4NO3→2N2+O2+4H2O

在400°C以上时,剧烈分解发生爆炸:4NH4NO3→3N2+2NO2+8H2O

此次 贝鲁特港口大爆炸,2750吨固体硝酸铵瞬间变成2750吨高温高压的气体,高速冲击周围的空气,使其压力、密度和温度升高而形成空气冲击波。

根据化学方程式计算可以得到,2750吨硝酸铵爆炸可以产生大约1327.5吨水,790.6吨二氧化氮、631.9吨氮气。由于水的分子量只有二氧化氮的39.1%,所以在爆炸中获得了更高的动能,扩散到更远的地方,而二氧化氮的分子动能较小,在爆炸中心压力力的挤压作用下,只能向空中腾起。

这就解释了现场视频中,第二次爆炸过程为什么是先在爆炸中心向上腾起棕红色的(二氧化氮)烟雾,然后释放出巨大的白色“气球”。视频中出现的巨大白色“气球”其实就是硝酸铵爆炸时产生的1300多吨的高温高压水蒸气。

爆炸瞬间产生的这些化合物,以及伴随而来都巨大的冲击波,摧毁了方圆十公里的建筑,大部分人也是受到空气冲击波的影响而丧生或受伤。

虽说硝酸铵可以用于制作炸药(并且很多新闻报道恐怖分子利用硝酸铵制作炸药),但是硝酸铵是极其钝感的炸药,比其安全炸药c4更为钝感:

一支工业8#雷管(起爆c4只是用6#就可以了)都不足以起爆混合了敏化剂的硝酸铵。硝酸铵是最难起爆的硝酸炸药,撞击感度是:50kg锤50cm落高,0%爆炸。相比起著名炸药硝化甘油的200g锤,20cm落高,100%爆炸的感度,可见硝酸铵的钝感。而且硝酸铵一旦溶于水,起爆感度更是大大下降,根本是人力不可能撞击引爆的。

硝酸铵主要用作肥料及工业用和军用炸药。并可用于杀虫剂、冷冻剂、氧化氮吸收剂,制造笑气、烟火等。

虽说硝酸铵用途广泛,并且相对安全稳定。除了此次 次 贝鲁特港口大爆炸,历史上还发生了多次因为硝酸铵而导致的重大爆炸事件:

其一,1921年,德国巴斯夫公司的一家工厂 , 用炸药爆破已结块的4500吨硝酸铵与硫酸铵混合盐,引发大爆炸,这次事故造成 509人死亡,160人失踪,1952人受伤 ,弹坑直径130米,深达60米。

其二,1947年,美国德克萨斯城的货轮GrandCamp号 ,有人将未熄灭的烟头随地扔弃,引发了火灾,最终引爆了 货运船上 2300吨硝酸铵,旁边还有一艘储存硝酸铵的船只也被引爆,铺天盖地的火焰将港口附近的化学储存罐和炼油厂点燃,最终造成了一场工业灾难,当时官方数据显示,有 581人在此次事件中丧生 。

其三,1947年7月28日, 一艘从美国开到法国布勒斯特港停靠的“利那尔基号”因硝酸铵爆炸而葬身海底,船上的救火人员全部丧生,事故造成 100多人死亡,近千人受伤 。

其四,1993年8月5日,深圳市清水河危险品仓库发生了大爆炸,起因则是仓库内混装了多种化学物品,其中就有大量的硝酸铵。由于天气炎热,混装的硝酸铵与其它化学物品发生反应后发热自燃,继而导致了爆炸事故的发生。这起事故造成直接经济损失2.4亿元,死伤人员达800多人。

其五,2001年,法国图卢兹郊外一家化肥厂发生大爆炸,该厂存放有上千吨各种形式的硝酸铵,爆炸威力相当于20至40吨TNT,留下一个长65米,宽54米,深10米以上的大坑,死亡31人,伤2500多人

其六, 2015年8月12日23:34左右,位于天津市滨海新区吉运二道95号的瑞海公司危险品仓库发生火灾爆炸事故。事故中 800吨硝酸铵爆炸 总能量约为 450 吨 TNT 当量,造成极其惨重损失。

由此可见,一些看起来安全稳定的化合物,大量聚集并且被引发爆炸时,也会产生极其巨大的破坏威力。因此,对于这些存在潜在爆炸性危害的化学品,应该做好充分的运输、存储、使用规范,谨防类似事件发生。

2

三硝基甲苯(TNT)

三硝基甲苯为甲苯上2,4,6三个位置被硝化后的产物,为黄色晶体。

中文名称为:2,4,6-三硝基甲苯;英文名称为: 2,4,6- T ri n itro t oluene,因此通常被简称为 TNT 。

精炼的TNT十分稳定。和硝酸甘油不同,它对摩擦,振动,不敏感。即使是受到枪击,也不容易爆炸。因此,需要雷管来启动。它不会与金属发生化学反应或吸收水分。因此,它可以存放多年。但它与碱强烈反应,生成不稳定的化合物。

每公斤TNT炸药可产生420万焦耳的能量。 值得注意的是TNT比脂肪(38MJ/kg)和糖三硝基甲苯(17MJ/kg)释放更少的能量,但它会很迅速的释放能量,这是因为它含有氧可作为助燃剂,不需要大气中的氧气。 而现今有关爆炸和能量释放的研究,也常常用“公斤TNT炸药”或“吨TNT炸药”为单位,以比较爆炸、地震、行星撞击等大型反应时的能量。

三硝基甲苯,1863年由TJ·威尔伯兰德在一次失败的实验中发明,但在此后的很多年里一直被认为是由诺贝尔所发明,造成了很大的误解。三硝基甲苯是一种威力很强而又相当安全的炸药,即使被子弹击穿一般也不会燃烧和起爆。它在20世纪初开始广泛用于装填各种弹药和进行爆炸,逐渐取代了苦味酸。在第二次世界大战结束前,TNT一直是综合性能最好的炸药,被称为 “炸药之王”。

3

三硝基苯酚

三硝基苯酚,即为苯酚2,4,6三个位置被硝化所得,为略带黄色结晶。

中文名称为 2,4,6-三硝基苯酚,英文名称为2,4,6-Trinitrophenol,故也被简称为TNP;苯酚是一个弱酸,而三硝基苯酚口感为苦杏仁味,因为硝基强烈的吸电子特性,该化合物酸性较强,故又被称为“苦味酸”。

1771年英国人沃尔夫用浓硫酸、浓硝酸处理苯酚,获得了一种黄色固体:三硝基苯酚,用作黄色染料。

经过测试,这种被命名为苦味酸的化合物,在爆炸速度、爆破能量均远远高于黑火药,高到什么程度呢?在现代炸药里民用TNT炸药的猛度在8-13之间,苦味酸在116左右。对比当年的黑火药,更是甩开100条街,事实上,苦味酸炸药比之今天的C4,威力也毫不逊色!

如获至宝的法国人于1885年将苦味酸作为炮弹填充物,1888年,英国也奋起直追,制造出苦味酸炸药并用于军事用途。

日本人下濑雅允,成功研制基于苦味酸的下濑火药。中国人最为痛心疾首的甲午海战,就是下濑火药的第一次登场。

助纣为虐的下濑火药,由于后来更先进安全的TNT发明,暂时退出了历史舞台。

4

硝化甘油

硝化甘油,为甘油三个羟基被硝化后的产物。该化合物是一种黄色的油状透明液体,这种液体可因震动而爆炸,属化学危险品。同时硝化甘油也可用做心绞痛的缓解药物。

阿尔佛雷德·诺贝尔(Alfred Bernhard Nobel)经过长期思考和实践,认识到要使硝化甘油爆炸,必须把它加热到爆炸点(170~180℃)或以重力冲击。寻求一种安全的引爆装置正是诺贝尔为自己确定的课题。1862年5月,随着一声剧响,水沟水花四溅,地动山摇,他第一次发现了引爆硝化甘油的原理。用少量的一般火药 导致硝化甘油猛烈爆炸就是诺贝尔发明的“引爆物”。

此后,经过不断的研究与改进,诺贝尔研发了多种炸药和火器技术, 获得了化学领域发明专利权,因此也变成了百万富翁。他希望他的发明能促进人类生产的发展,但事与愿违,炸药被用于战争。

诺贝尔一生都很勤奋,有着无穷的创造力,他把自己的全部精力献给了科学事业,创造了巨大的物质财富,促进了人类文明。他在去世前一年(1895年)留下遗嘱,将价值瑞典币30余亿克朗的财产的一部分(共920万美元)作为基金,以利息(每年约20万美元)作为奖金,每年颁发给在物理、化学、生物、医学和文学方面有贡献的人,以及有效地促进国际亲善、废除或裁减常备军、对促进和平事业有贡献的人。

5

其他

此外,还有硝化纤维素,硝酸盐类等。

还有,有机合成领域大牛Phil S Baran在2019年于JACS上发表了一篇含能材料等合成研究报道:

由上图可见,该分子主要特征在于:硝基含量很大!分子量528.07,氮氧含量占比达到56.9%以上!因此,该类化合也是含有巨大的爆炸潜力。

评述

硝酸铵为大量应用于农业的化肥大宗用品,常温常压下稳定存在

但是,就是这么一个看起来安全稳定的化合物,被引爆后,其产生的危害却是无比巨大的,破坏力惊人

因此,各位化学化工化工从业者,安全必须时刻牢记心中哈

平时没事还是得多巡查安全问题返回搜狐,查看更多



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