베이루트 폭발 사고 2 (샤를의 법칙)

지난 시간에는 베이루트 폭발사고와 관련한 화학반응에 대해서 알아보았습니다.

지난 시간의 내용이 궁금하시거나 이번 시간 내용이 잘 이해가 되지 않으시는 분들은

아래 링크를 통해서 질산암모늄의 반응에 대해 알아보는 시간을 가지는 것도 좋을 것 같습니다.

 

 

2021/01/31 - [화학을 배웁니다/생활속의 화학] - 베이루트 폭발 사고 1 (질산 암모늄의 이해)

베이루트 폭발 사고 1 (질산 암모늄의 이해)

 

지난시간 마지막에 말씀 드렸던 바와 같이 이번시간에는 질산 암모늄의 폭발이 얼마나 큰지 알아보도록 하겠습니다.

 

먼저 샤를의 법칙에 대해서 알려드리겠습니다.

 

 

샤를의 법칙

 

V1/T1 = V2/T2 라는 아주 간단한 식입니다.

또는 V/T = k (k는 상수) 라고도 적기도 합니다.

즉 이상기체조건에서 온도와 부피의 비율이 항상 일정하다는 법칙입니다.

 

이제 베이루트 폭발 사고를 이해하기 위한 기본적인 공부는 끝났습니다.

이제 궁금증을 한 개씩 풀어나가 볼까요?

 

 

 

 

 

베이루트의 질산 암모늄 폭발은 얼마나 클까?

 

우선 간단하게 1기압의 섭씨 25도(켈빈온도 298K)에서 계산을 시작해보도록 하겠습니다.

아, 이 조건에서 몰당 기체 부피는 24.5 L 이고 80kg의 질산 암모늄 (1000몰)이 폭발했다고 가정하겠습니다.

 

이 식에 의하면 4몰의 질산 암모늄이 폭발하게 되면 13몰의 가스가 발생하게 됩니다.

몰에 대한 개념이 부족하여 이해가 어려우시다면 이렇게 이해하시면 쉽습니다.

4개의 질산 암모늄이 폭발해서 질소 가스 세개, 이산화 질소 가스 두개, 그리고 수증기 8개가 만들어져서 총 13개의 가스가 발생했다고 이해하시면 됩니다.

그렇다면 1몰의 질산 암모늄이 폭발하게 되면 3.25몰의 가스가 발생합니다.

위의 조건에서 1000몰의 질산 암모늄이 폭발한다고 했기 때문에 당연히 3250몰의 가스가 발생하게 됩니다.

그리고 이 3250몰의 부피는 상온의 1기압 기준 79625 L가 됩니다.

 

자, 그런데 폭발을 하게 되면 온도가 상승하게 되겠지요?

온도가 섭씨 300도로 올라갔다고 가정해 보겠습니다. 섭씨 300도는 켈빈온도로 573K입니다. 

앞서 배운 샤를의 법칙을 사용할 때가 왔습니다!

V1/T1 = V2/T2 79625 L / 298K = V2/573K V2 = 153104 L

즉, 온도가 상승하게 되면서 80kg의 질산 암모늄의 폭발 153104 L의 부피에 해당하는 가스를 발생하게 합니다.

 

마지막으로 베이루트에서 폭발한 질산 암모늄의 양인 2750 톤을 계산에 대입해 보겠습니다.

참고로 2750 톤은 2750000 kg입니다.

 

80 kg:153104 L = 2750000: x L

x = 5262950000 L

 

결론적으로 베이루트에서 발생한 질산 암모늄 폭발은 온도가 섭씨 300도 까지만 상승한다는 가정하에서

약 50억리터가 넘는 가스를 한번에 발생하게 됩니다.

계산해보면 50억 리터의 가스는 한변이 174 미터인 부피를 가득 채운 정도의 양이며 이 정도의 공간이 갑자기 생겨난다고 하는 것은 실로 어마어마한 폭발임을 상상하실 수 있을 것입니다.

 

 

화학과 안전

 

지난 시간에 말씀 드린 바와 같이 질산암모늄은 비료에 사용되어 우리의 먹거리를 제공하는 주요한 화학물질입니다. 하지만 이러한 물질들이 올바르지 못한 방법으로 보관되거나 사용될 경우에는 엄청난 인명피해를 낳을 수 있다는 것을 명심하셔야 합니다. 

 

 

다음 시간에는 베이루트 폭발사고가 왜 runaway반응이라고 불리우는지에 대해 알아보겠습니다.

 

2021/02/18 - [화학을 배웁니다/생활속의 화학] - 베이루트 폭발 사고 3 (깁스 방정식)

베이루트 폭발 사고 3 (깁스 방정식)

 

 

이상 화학 발전소였습니다.

 

 

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