Ammoniumnitrat -Ammonium nitrate

Ammoniumnitrat
Strukturformel
Kristallstruktur von Ammoniumnitrat
Probe von weißem Pulver und Kügelchen
Namen
IUPAC-Name
Ammoniumnitrat
Identifikatoren
3D-Modell ( JSmol )
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
ECHA-InfoCard 100.026.680 Bearbeiten Sie dies bei Wikidata
EG-Nummer
RTECS-Nummer
UNII
UN-Nummer 0222mit > 0,2 % brennbaren Stoffen
1942mit ≤ 0,2 % brennbaren Stoffen
2067Düngemittel
2426flüssig
  • InChI=1S/NO3.H3N/c2-1(3)4;/h;1H3/q-1;/p+1 überprüfenY
    Schlüssel: DVARTQFDIMZBAA-UHFFFAOYSA-O überprüfenY
  • InChI=1/NO3.H3N/c2-1(3)4;/h;1H3/q-1;/p+1
    Schlüssel: DVARTQFDIMZBAA-IKLDFBCSAH
  • [O-][N+]([O-])=O.[NH4+]
Eigenschaften
NH 4 NO 3
Molmasse 80,043 g/mol
Aussehen weißer kristalliner Feststoff
Dichte 1,725 ​​g/cm3 ( 20 °C)
Schmelzpunkt 169,6 ° C (337,3 ° F; 442,8 K)
Siedepunkt ca. 210 ° C (410 ° F; 483 K) zersetzt
Endotherm
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
Explosive Daten
Schockempfindlichkeit sehr niedrig
Reibungsempfindlichkeit sehr niedrig
Detonationsgeschwindigkeit 2500 m/s
Gefahren
Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz (OHS/OSH):
Hauptgefahren
Sprengstoff, Oxidationsmittel
GHS- Kennzeichnung :
GHS07: Ausrufezeichen GHS03: Brandfördernd GHS01: Explosiv
Achtung
H201 , H271 , H319
P220 , P221 , P264 , P271 , P280 , P372
NFPA 704 (Feuerdiamant)
Tödliche Dosis oder Konzentration (LD, LC):
LD 50 ( mittlere Dosis )
2085–5300 mg/kg (oral bei Ratten, Mäusen)
Verwandte Verbindungen
Andere Anionen
Ammoniumnitrit
Andere Kationen
Natriumnitrat
Kaliumnitrat
Hydroxylammoniumnitrat
Verwandte Verbindungen
Ammoniumperchlorat
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien in ihrem Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
überprüfenY verifizieren  ( was ist   ?) überprüfenY☒N

Ammoniumnitrat ist eine chemische Verbindung mit der chemischen Formel NH 4 NO 3 . Es ist ein weißes kristallines Salz, das aus Ammonium- und Nitrationen besteht . Es ist gut wasserlöslich und als Feststoff hygroskopisch , bildet aber keine Hydrate . Es wird überwiegend in der Landwirtschaft als stickstoffreicher Dünger eingesetzt . Die weltweite Produktion wurde 2017 auf 21,6 Millionen Tonnen geschätzt.

Seine andere Hauptverwendung ist als Bestandteil von explosiven Gemischen, die im Bergbau, Steinbruch und im Bauwesen verwendet werden. Es ist der Hauptbestandteil von ANFO , einem beliebten Industriesprengstoff, der 80 % der in Nordamerika verwendeten Sprengstoffe ausmacht; ähnliche Formulierungen wurden in improvisierten Sprengkörpern verwendet .

Viele Länder stellen seine Verwendung in Verbraucheranwendungen aufgrund von Bedenken hinsichtlich seines Missbrauchspotenzials ein. Unbeabsichtigte Explosionen von Ammoniumnitrat haben seit dem frühen 20. Jahrhundert Tausende von Menschen getötet.

Auftreten

Ammoniumnitrat kommt als natürliches Mineral Gwihabait (früher bekannt als Nitrammit) – das Ammonium-Analogon des Salpeters (mineralogischer Name: Salpeter) – in den trockensten Regionen der Atacama-Wüste in Chile vor, oft als Kruste auf dem Boden oder in Verbindung mit andere Nitrat-, Jodat- und Halogenidmineralien . Dort wurde Ammoniumnitrat abgebaut, bis das Haber-Bosch-Verfahren es ermöglichte, Nitrate aus Luftstickstoff zu synthetisieren und damit den Nitratabbau obsolet machte.

Herstellung, Reaktionen und kristalline Phasen

Die industrielle Herstellung von Ammoniumnitrat beinhaltet die Säure-Base-Reaktion von Ammoniak mit Salpetersäure :

HNO 3 + NH 3 → NH 4 NO 3

Ammoniak wird in seiner wasserfreien Form (ein Gas) verwendet und die Salpetersäure wird konzentriert. Die Reaktion ist aufgrund ihrer stark exothermen Natur heftig. Nachdem die Lösung gebildet ist, typischerweise bei einer Konzentration von etwa 83 %, wird das überschüssige Wasser abgedampft, um je nach Qualität einen Gehalt an Ammoniumnitrat (AN) von 95 % bis 99,9 % (AN-Schmelze) zu hinterlassen. Die AN-Schmelze wird dann in einem Sprühturm zu "Prills" oder kleinen Kügelchen oder durch Sprühen und Trommeln in einer rotierenden Trommel zu Granulat verarbeitet. Die Prills oder Körnchen können weiter getrocknet, gekühlt und dann beschichtet werden, um ein Zusammenbacken zu verhindern. Diese Prills oder Granulate sind die typischen AN-Produkte im Handel.

Das für diesen Prozess benötigte Ammoniak wird nach dem Haber-Verfahren aus Stickstoff und Wasserstoff gewonnen. Durch das Haber - Verfahren hergestelltes Ammoniak kann durch das Ostwald - Verfahren zu Salpetersäure oxidiert werden . Ein weiteres Herstellungsverfahren ist eine Variante des Nitrophosphat-Verfahrens :

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

Die Produkte Calciumcarbonat und Ammoniumnitrat können getrennt gereinigt oder kombiniert als Calciumammoniumnitrat verkauft werden .

Ammoniumnitrat kann auch über Metathesereaktionen hergestellt werden :

(NH 4 ) 2 SO 4 + Ba(NO 3 ) 2 → 2 NH 4 NO 3 + BaSO 4
NH 4 Cl + AgNO 3 → NH 4 NO 3 + AgCl

Reaktionen

Da Ammoniumnitrat ein Salz ist, können sowohl das Kation, NH 4 + , als auch das Anion, NO 3 , an chemischen Reaktionen teilnehmen.

Festes Ammoniumnitrat zersetzt sich beim Erhitzen. Bei Temperaturen unter etwa 300 °C entstehen bei der Zersetzung hauptsächlich Lachgas und Wasser:

NH 4 NO 3 → N 2 O + 2 H 2 O

Bei höheren Temperaturen überwiegt die folgende Reaktion.

2NH 4 NO 3 → 2N 2 + O 2 + 4H 2 O

Beide Zersetzungsreaktionen sind exotherm und ihre Produkte sind Gas. Unter bestimmten Bedingungen kann dies zu einer außer Kontrolle geratenen Reaktion führen , wobei der Zersetzungsprozess explosiv wird. Siehe § Katastrophen für Details. Viele Ammoniumnitrat-Katastrophen mit Verlust von Menschenleben sind aufgetreten.

Die rot-orange Farbe in einer Explosionswolke ist auf Stickstoffdioxid zurückzuführen , ein sekundäres Reaktionsprodukt.

Kristalline Phasen

Es wurde eine Reihe von kristallinen Phasen von Ammoniumnitrat beobachtet. Das Folgende geschieht unter atmosphärischem Druck.

Phase Temperatur (°C) Symmetrie
(Flüssigkeit) (über 169,6)
ich 169,6 bis 125,2 kubisch
II 125,2 bis 84,2 tetragonal
III 84,2 bis 32,3 α-rhombisch
IV 32,3 bis –16,8 β-rhombisch
v unter –16,8 tetragonal

Der Übergang zwischen β-rhombischer und α-rhombischer Form (bei 32,3 °C) findet in vielen Teilen der Welt bei Umgebungstemperatur statt. Diese Formen haben einen Dichteunterschied von 3,6 %, und daher verursacht der Übergang zwischen ihnen eine Volumenänderung. Eine praktische Folge davon ist, dass Ammoniumnitrat nicht als Feststofftreibstoff für Raketenmotoren verwendet werden kann , da es Risse entwickelt. Als Lösung hierfür wurde stabilisiertes Ammoniumnitrat (PSAN) entwickelt, das Metallhalogenid-Stabilisatoren enthält, die Dichteschwankungen verhindern.

Anwendungen

Dünger

Ammoniumnitrat ist ein wichtiges Düngemittel mit der NPK-Bewertung 34-0-0 (34 % Stickstoff). Es ist weniger konzentriert als Harnstoff (46-0-0), was Ammoniumnitrat einen leichten Transportnachteil verleiht. Der Vorteil von Ammoniumnitrat gegenüber Harnstoff besteht darin, dass es stabiler ist und Stickstoff nicht schnell an die Atmosphäre abgibt.

Sprengstoffe

Ammoniumnitrat bildet leicht explosive Gemische mit unterschiedlichen Eigenschaften, wenn es mit Explosivstoffen wie TNT oder mit Brennstoffen wie Aluminiumpulver oder Heizöl kombiniert wird. Beispiele für Sprengstoffe, die Ammoniumnitrat enthalten, sind:

Mischung mit Heizöl

ANFO ist eine Mischung aus 94 % Ammoniumnitrat ("AN") und 6 % Heizöl ("FO"), das weithin als industrieller Massensprengstoff verwendet wird . Es wird im Kohlebergbau , in Steinbrüchen , im Metallbergbau und im Tiefbau in anspruchslosen Anwendungen eingesetzt, bei denen die Vorteile der niedrigen Kosten, der relativen Sicherheit und der Benutzerfreundlichkeit von ANFO mehr zählen als die Vorteile herkömmlicher Industriesprengstoffe wie Wasserbeständigkeit und Sauerstoff Ausgewogenheit, hohe Detonationsgeschwindigkeit und Leistung bei kleinen Durchmessern.

Terrorismus

Auf Ammoniumnitrat basierende Sprengstoffe wurden bei dem Bombenanschlag auf Sterling Hall in Madison, Wisconsin, 1970, dem Bombenanschlag auf Oklahoma City im Jahr 1995, den Bombenanschlägen in Delhi 2011 , dem Bombenanschlag in Oslo 2011 und den Explosionen in Hyderabad 2013 verwendet .

Im November 2009 verhängte die Regierung der North West Frontier Province (NWFP) Pakistans ein Verbot von Ammoniumsulfat- , Ammoniumnitrat- und Calciumammoniumnitrat- Düngemitteln in der ehemaligen Malakand-Division  – bestehend aus Upper Dir , Lower Dir , Swat , Chitral , und Malakand der NWFP – nach Berichten, dass diese Chemikalien von Militanten zur Herstellung von Sprengstoff verwendet wurden. Aufgrund dieser Verbote „hat Kaliumchlorat  – das Zeug, das Zündhölzer zum Brennen bringt – den Dünger als Sprengstoff der Wahl für Aufständische übertroffen.“

Nischennutzung

Ammoniumnitrat wird in einigen Instant-Kühlpackungen verwendet , da seine Auflösung in Wasser stark endotherm ist . Im Jahr 2021 führte die King Abdullah University of Science and Technology in Saudi-Arabien Experimente durch, um das Potenzial der Auflösung von Ammoniumnitrat in Wasser für netzunabhängige Kühlsysteme und als Kältemittel zu untersuchen. Sie schlugen vor, das Wasser zu destillieren und mithilfe von Solarenergie wiederzuverwenden, um Wasserverschwendung in rauen Umgebungen zu vermeiden.

Es wurde einst in Kombination mit unabhängig explosiven "Brennstoffen" wie Guanidinnitrat als billigere (aber weniger stabile) Alternative zu 5-Aminotetrazol in den Gasgeneratoren von Airbags verwendet, die von der Takata Corporation hergestellt wurden und nach dem Tod von 14 Menschen als unsicher zurückgerufen wurden .

Sicherheit, Handhabung und Lagerung

Für die Lagerung und Handhabung von Ammoniumnitrat stehen zahlreiche Sicherheitsrichtlinien zur Verfügung. Gesundheits- und Sicherheitsdaten sind auf den Sicherheitsdatenblättern aufgeführt, die von Lieferanten und von verschiedenen Regierungen erhältlich sind.

Reines Ammoniumnitrat brennt nicht, aber als starkes Oxidationsmittel unterstützt und beschleunigt es die Verbrennung von organischem (und einigen anorganischen) Stoffen. Es sollte nicht in der Nähe von brennbaren Stoffen gelagert werden.

Während Ammoniumnitrat bei Umgebungstemperatur und -druck unter vielen Bedingungen stabil ist, kann es durch eine starke Zündladung detonieren. Es sollte nicht in der Nähe von hochexplosiven oder Sprengmitteln gelagert werden.

Geschmolzenes Ammoniumnitrat ist sehr empfindlich gegenüber Stößen und Detonationen, insbesondere wenn es mit unverträglichen Materialien wie brennbaren Stoffen, brennbaren Flüssigkeiten, Säuren, Chloraten, Chloriden, Schwefel, Metallen, Holzkohle und Sägemehl verunreinigt wird.

Der Kontakt mit bestimmten Substanzen wie Chloraten , Mineralsäuren und Metallsulfiden kann zu einer heftigen oder sogar heftigen Zersetzung führen, die brennbares Material in der Nähe entzünden oder detonieren kann.

Ammoniumnitrat beginnt sich nach dem Schmelzen zu zersetzen, wobei NO x , HNO 3 , NH freigesetzt werden
3
und H20 . _ _ Es sollte nicht auf engstem Raum erhitzt werden. Die resultierende Wärme und der Druck aus der Zersetzung erhöhen die Detonationsempfindlichkeit und erhöhen die Zersetzungsgeschwindigkeit. Eine Detonation kann bei 80 Atmosphären auftreten . Verschmutzung kann dies auf 20 Atmosphären reduzieren.

Ammoniumnitrat hat eine kritische relative Feuchtigkeit von 59,4 % bei 30 °C. Bei höherer Luftfeuchtigkeit nimmt es Feuchtigkeit aus der Atmosphäre auf. Daher ist es wichtig, Ammoniumnitrat in einem dicht verschlossenen Behälter aufzubewahren. Andernfalls kann es zu einer großen, festen Masse verschmelzen. Ammoniumnitrat kann genügend Feuchtigkeit aufnehmen, um sich zu verflüssigen. Das Mischen von Ammoniumnitrat mit bestimmten anderen Düngemitteln kann die kritische relative Luftfeuchtigkeit senken.

Das Potenzial zur Verwendung des Materials als Sprengstoff hat regulatorische Maßnahmen veranlasst. In Australien beispielsweise traten im August 2005 die Dangerous Goods Regulations in Kraft, um die Lizenzierung im Umgang mit solchen Stoffen durchzusetzen. Lizenzen werden nur an Antragsteller (Industrie) mit angemessenen Sicherheitsmaßnahmen gegen Missbrauch erteilt. Zusätzliche Verwendungen wie Bildungs- und Forschungszwecke können ebenfalls in Betracht gezogen werden, eine individuelle Verwendung jedoch nicht. Mitarbeiter von Personen mit Genehmigungen zum Umgang mit dem Stoff müssen weiterhin von autorisiertem Personal beaufsichtigt werden und müssen eine Sicherheits- und nationale Polizeikontrolle bestehen, bevor eine Genehmigung erteilt werden kann.

Gesundheitsrisiken

Ammoniumnitrat ist gesundheitlich unbedenklich und wird üblicherweise in Düngemitteln verwendet.

Ammoniumnitrat hat eine LD 50 von 2217 mg/kg, was zum Vergleich etwa zwei Drittel von Kochsalz beträgt .

Katastrophen

Ammoniumnitrat zerfällt bei Erhitzung nicht explosionsartig in die Gase Lachgas und Wasserdampf . Es kann jedoch durch Detonation zur explosionsartigen Zersetzung angeregt werden . Große Lagerbestände des Materials können aufgrund ihrer unterstützenden Oxidation auch ein großes Brandrisiko darstellen , eine Situation, die leicht zur Detonation eskalieren kann. Explosionen sind keine Seltenheit: In den meisten Jahren ereignen sich relativ geringfügige Zwischenfälle, und es sind auch mehrere große und verheerende Explosionen aufgetreten. Beispiele hierfür sind die Oppau-Explosion von 1921 (eine der größten künstlichen nichtnuklearen Explosionen ), die Katastrophe von Texas City von 1947, die Explosionen von Tianjin 2015 in China und die Explosion von Beirut 2020 .

Ammoniumnitrat kann durch zwei Mechanismen explodieren:

Siehe auch

Verweise

Quellen

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

Externe Links