Nitrato de amonio: Reacciones y ''Reacciones''

Antes de hacer mención a lo acontecido en el Líbano, primero necesitamos saber qué es el nitrato de amonio.


El nitrato de amonio es una sal inorgánica formada por iones nitrato y amonio. Su fórmula es NH4NO3. Cuando está puro es encontrado de color blanco, y cuando está impuro es encontrado en coloraciones plomo claro o marrón. La apariencia hidratada de esta sal es similar a la sal gruesa de cocina, que en grandes cantidades pueden formar ''piedras gigantes''. Este compuesto es inodoro y su disolución en agua es bastante endotérmica, es decir ''la solución se enfría al disolverlo''. Se descompone a 230 °C, y explota entre 260 - 300 °C (si está confinado).


El nitrato de amonio es mejor conocido por su importancia como fertilizante agrícola y como oxidante en mezclas explosivas, pero también es un importante componente de aerosoles atmosféricos. Este compuesto inorgánico es ampliamente utilizado como insumo para la preparación de explosivos de uso industrial en agentes de voladuras para la minería, como ANFO (Ammonium Nitrate - Fuel Oil).


Este compuesto químico puede ser producido mediante las reacciones de sulfato de amonio y nitrato de calcio, o a partir de la reacción de amoniaco con una solución de ácido nítrico.

Foto: aexa.com

El ANFO es un explosivo de alta potencia que es preparado mezclando nitrato de amonio 90 – 97 % con 3 – 10% de combustible (p.e. gasolina o querosene). No intente prepararlo en casa, es ilegal. Este explosivo puede ser encontrado comercialmente en el Perú, principalmente en las empresas FAMESA S.A. y EXSA .S.A.


Para tener una idea del reciente accidente en Beirut, capital de Líbano. La explosión fue debido la combustión de 2750 kg de nitrato de amonio. La potencia de esta explosión fue registrada por los sensores del Instituto Geológico de Estados Unidos (USGS) como un terremoto de magnitud 3,3. El poder destructivo alcanzó una magnitud de 3 kilotones, siendo la quinta parte del poder destructivo de la bomba lanzada sobre Hiroshima, Japón, el 6 de agosto de 1945, finales de la segunda guerra mundial.


En Perú, la explosión de los atentados de Tarata de 1992 (16 de julio 1992) en Miraflores – Lima fue usado entre 400 – 500 kg de ANFO mezclado con dinamita, alcanzando un poder destructivo de 400 metros a la redonda. Otro atentado realizado contra Frecuencia Latina el 5 de junio de 1992, fue realizado con 600 kg de ANFO y dinamita con un alcance de destrucción de 600 metros.


Pero, ¿el nitrato de amonio almacenado puede originar una reacción espontánea?


Antes de levantar teorías conspiratorias sobre el accidente en el Líbano, es necesario darse cuenta que los explosivos utilizados en los atentados en Perú fueron utilizados, según la policía, nitrato de amonio, combustible y dinamita. Por otro lado, en el Beirut no fue usado un iniciador de explosión, ¿o sí?


El nitrato de amonio se ha utilizado durante siglos en la guerra, pero también es un pilar de los fertilizantes nitrogenados comerciales. La naturaleza explosiva del nitrato de amonio se debe a su descomposición en productos gaseosos (nitrógeno, vapor de agua y oxígeno) y también a la naturaleza exotérmica de la reacción. La reacción de descomposición se puede resumir como:

Sin embargo, el nitrato de amonio no se descompone espontáneamente a temperatura ambiente a pesar de que la función de reacción de Gibbs es negativa. La temperatura debe ser superior a 210 °C para que tenga lugar la reacción de descomposición espontánea. Sin embargo, una sacudida grave puede iniciar la reacción de descomposición, incluso a temperatura ambiente. En presencia de ciertas impurezas, la reacción es espontánea a temperaturas mucho más bajas.


El nitrato de amonio se descompone en una reacción exotérmica (ΔH = –36 kJ/mol) para producir tres moles de productos gaseosos por cada mol de reactivo sólido:

(si, produce gas hilarante)

La reacción puede hacerse más exotérmica (ΔH = –280 kJ/mol), con más productos gaseosos, si se agrega algo de combustible oxidable:

Por lo tanto, la mezcla explosiva estándar de nitrato de amonio se denomina ANFO, para una mezcla de "aceite combustible de nitrato de amonio".


La temperatura de descomposición del nitrato de amonio puro es de 170 °C, pero una mezcla íntima de nitrato de amonio y metales puede descomponerse a temperaturas bajas (50 °C) y con poder explosivo mayor.


Para tener una idea visual, el profesor de Leopoldo Suescun de la Universidad de la República de Uruguay (Udelar) muestra en un video como el nitrato de amonio se descompone violentamente a temperaturas superiores a 260 °C.




Complementando esta experiencia, el profesor Reinaldo Bazito del Instituto de Química de la Universidad de Sao Paulo, menciona ‘’Este no explota solo. Es necesario un gatillo muy grande para que una explosión ocurra. En el caso del Líbano, si es lo que aconteció, creo que la explosión pudo haber sido causado por el incendio que estaba ocurriendo previamente’’.


El Profesor de la Bazito, también aclara que ‘’los almacenes necesitan ser hechos de forma que no haya cúmulos de nitrato de amonio. Es necesario garantizar que no haya ‘puntos calientes’ (temperatura excesivamente alta) en el material almacenado, evitando la descomposición térmica’’.


Dr. Bazito también mencionó que es suficiente seguir las legislaciones básicas para almacenar el producto sin ocurrir riesgos.

El profesor Luiz Carlos Dias de la Universidad de Campinas (Unicamp) menciona que almacenar el producto en casa (similar a almacenar sal gruesa) no causa grandes riesgos, a menos que este sea expuesto a altas temperaturas.


''Es necesario una combustión para ocurrir la explosión, si había una grande cantidad del producto almacenado, una temperatura por encima de 300 °C puede tornarse en explosivo. Un incendio alcanza esa temperatura fácilmente’’. Afirma el Prof. Luiz.


El profesor Andrew Sella de la University College de Londres, señaló también que cuando se deja el material sin usar por mucho tiempo este ''absorbe humedad y se convierte en una roca gigante", lo que puede ser más peligroso, porque si se produce un choque, la explosión se expande más fácil.


Experiencia personal del redactor, que trabajó en una empresa de explosivos, aclara que el nitrato de amonio mezclado con gasolina (ANFO), no causa una explosión fácilmente sin presencia de un iniciador.


Finalmente, una vez que se origina la explosión se genera ''una onda de choque supersónica que viaja a través del aire. La puedes ver en esa nube blanca esférica que viaja desde el centro y se expande hacia arriba". Afirmó el Prof. Sella.


También, luego de la explosión del nitrato de amonio, este puede liberar otros gases tóxicos, como el amoniaco.


Referencias


https://larepublica.pe/politica/2020/07/16/atentado-de-tarata-se-cumple-28-anos-del-ataque-terrorista-de-sendero-luminoso/


https://elcomercio.pe/huellas-digitales/archivo/25-anos-atentado-canal-2-428745-noticia/.


https://www.bbc.com/portuguese/internacional-53659549


Vallero, D. A.; Letcher, T. M. (2013). Explosions. In Unraveling Environmental Disasters; Elsevier, pp 59–73.


Irikura, K. K. (2010). Thermochemistry of ammonium nitrate, NH4NO3, in the gas phase. The Journal of Physical Chemistry A, 114(43), pp 11651-11653.


Djerdjev, A. M., Priyananda, P., Gore, J., Beattie, J. K., Neto, C., & Hawkett, B. S. (2018). The mechanism of the spontaneous detonation of ammonium nitrate in reactive grounds. Journal of environmental chemical engineering, 6(1), 281-288.

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