베이루트 폭발 사고 1 (질산 암모늄의 이해)

2020 년 8 월 4 일 저녁, 베이루트 항구의 격납고에서 질산 암모늄이 폭발하였고 이로 인해 약 200명 가까이 사상자가 나왔으며 6000명이 넘는 부상자가 집계되었습니다. 

 

질산 암모늄에 의한 베이루트 항구 폭발 사고

 

해당 지역의 주변에 있는 많은 사람들에 의해서 폭발의 많은 과정들이 스마트폰으로 기록되었습니다.

위의 사진에서 볼 수 있듯이 초기의 화재로 연기기둥이 생긴 것을 확인 할 수 있었고 이후 밝은 색의 폭발이 발생하면서 어두운 연기가 위쪽으로 퍼지게 됩니다. 이 첫번째 폭발은 불꽃놀이와 같이 불꽃들을 내뿜었습니다. 그리고 곧 이어 두번째 폭발이 일어났고 이는 붉은 먼지구름을 일으켰고 이 폭발은 베이루트에서 200km가 넘게 떨어진 지역에서도 충격을 느낄 수 있었습니다. 

 

 

질산 암모늄의 폭발

 

질산 암모늄은 일반적으로 상온에서 안전한 펠렛형태나 프릴형태로 판매됩니다.

 

질산 암모늄

그리고 이렇게 운송된 질산 암모늄은 일반적으로 농업용 비료로 사용되거나 특수한 경우 폭발물의 성분으로 사용되곤 합니다. 

그런데 이 고체 형태의 질산 암모늄은 상당히 안정합니다. 그래서 베이루트와 같은 폭발이 일어나기 위해서는 다량의 질산 암모늄에 상당한 충격이 가해지는 조건이 필요합니다.

베이루트 폭발의 경우 먼저 발생한 화재가 질산 암모늄을 녹이게 됩니다. 이로 인해 질산 암모늄이 녹게 되면서 불안정하게 되며 충격에 민감해집니다. 그리고 이렇게 녹은 (용융된) 질산 암모늄은 빠르게 분해되어 가스를 형성합니다. 연쇄적으로 이 가스는 액체 내에서 거품을 형성하여 질산 암모늄을 충격에 훨씬 더 취약하게 만들게 되는 것입니다. 

 

사실 베이루트에서 발생한 것 과 같은 질산 암모늄의 폭발은 처음은 아닙니다.

2013 년 4 월, 미국 텍사스의 비료 저장고에서 240 톤의 질산 암모늄이 폭발하여 15 명이 사망하고 약 200 명이 부상했습니다.

2015 년 8 월 중국 톈진항에서 질산 암모늄 800 톤 포함을 보관하고 있는 창고가 폭발하였고 이로 인해 최소 160 명이 사망하고 700 명 이상이 부상을 입었습니다.

 

 

질산 암모늄과 Runaway 반응

 

질산 암모늄은 다음과 같은 분자구조를 가지고 있습니다.

암모늄 양이온은 tetrahedral geometry를 가지고 있고 질산음이온은 trigonal planar geometry를 가지고 있습니다. 

 

질산 암모늄이 자연적으로 '분해'되는 경우 다음과 같이 반응이 이루어 집니다.

 

 

하지만 질산 암모늄이 '폭발'하는 경로는 위와 다릅니다.

 

 

분해의 경우에는 아산화질소가 발생하지만 폭발의 경우는 독성을 띄는 이산화질소가 발생합니다. 

그리고 특별히 질산 암모늄의 폭발과 같은 현상은 소위 'runaway' 반응이라고 부릅니다. Runaway 반응은 해당 반응이 발열 반응이면서 이때 생성된 열이 반응을 촉진시키는 반응을 말합니다.

 

과연 베이루트 현장에서의 질산 암모늄의 폭발력은 어떠했을까요?

그리고 왜 질산 암모늄이 한번 폭발하기 시작하면 연쇄적으로 그 다음 폭발을 촉진하는 것일까요?

다음 시간에는 샤를의 법칙과 Gibbs 방정식을 이용하여 이 두가지 궁금증에 대해 확인해 보겠습니다.

 

2021/02/15 - [화학을 배웁니다/생활속의 화학] - 베이루트 폭발 사고 2 (샤를의 법칙)

베이루트 폭발 사고 2 (샤를의 법칙)

 

 

이상 화학 발전소였습니다.

 

 

질문은 댓글로!
유용하게 보셨다면 좋아요!
부탁드려요!