비료가 왜 그렇게 위험한가요?
어제 텍사스 주 와코 근처의 웨스트 타운에 거대한 비료 폭발 소식이 있었습니다. 이 글을 쓰는 동안 생존자를 찾는 작업 이 계속 진행 중입니다. 끔찍한 비극입니다. 폭발로 수백 미터 떨어진 학교와 요양원이 모두 파괴되었고 수십 채의 가옥도 무너졌습니다. 지금까지 160명 이상이 다쳤고 12명이 숨진 채 발견됐다.
질산 암모늄현재 전체 세부 사항은 아직 알려지지 않았습니다. 비료는 오랫동안 폭발물과 연관되어 왔으며 테러리스트들은 비료 폭탄 을 사용하는 것으로 알려져 있습니다 (검은 옷을 입은 남자들이 노크를 할까봐 더 자세히 설명하지 않겠습니다). 이 경우. 분명히 공장은 전 세계적으로 비료를 만들고, 정기적으로 모든 것을 날려버리지는 않습니다. 그래서 분명히 4월 17일 현지 시간 오후 8시에 매우 잘못된 일이 발생했습니다.
그렇다면 왜 비료는 잠재적으로 위험한 물질입니까? 더 안전하게 만들 수 있습니까?
우선, ‘ 비료 ‘(또는 미국 사촌 의 경우 비료) 가 의미하는 바를 명확히 해야 합니다 . 사실 단서는 이름에 있습니다. 그것은 토양을 더 비옥하게 만드는 것입니다. 본질적으로, 식물이 필요로 하는 하나 이상의 영양소를 공급하기 위해 토양에 추가되는 모든 것. 특히 대부분의 비료는 질소를 공급합니다. 학교에서 주의를 기울이면 식물에 있는 대부분의 고체 물질이 실제로 이산화탄소의 형태로 공기에서 나온다는 것을 기억할 것입니다. 얼마나 멋진가요?)
그러나 우리와 마찬가지로 식물도 성장을 위해 단백질을 만들어야 하며 이를 위해서는 질소가 필요합니다. 우리와 달리 그들은 ( 몇 가지 주목할만한 예외를 제외하고 ) 이빨이 없고 움직일 수 있는 능력이 없기 때문에 동물이나 다른 식물을 먹는 것에서 그 단백질을 얻을 수 없습니다. 공포의 작은 가게에 있는 트리피드와 그 공장을 제외하고는 분명합니다. 그러나 좋은 오래된 공기는 약 80%가 질소이므로 공기에서 이산화탄소에서 탄소를 얻을 수 있다면 질소도 얻을 수 있습니까?
글쎄, 그렇게 할 수 있는 몇 가지 식물이 있지만 대부분은 할 수 없습니다. 문제는 공기 중의 질소인 N 2 가 원자 사이에 가장 강한 결합 중 하나를 가지고 있다는 것입니다. 깨지기 매우 어렵기 때문에 화학 반응에 쉽게 관여하지 않습니다. 그리고 성장은 기본적으로 복잡한 화학 반응의 하나의 큰 혼합이기 때문에 식물은 공기 중의 질소를 쉽게 사용할 수 없습니다. 사용 가능한 형태의 질소가 자연적인 과정 에서 토양으로 들어가기 때문에 물론 관리되는 토양에 비료를 뿌리기 시작했습니다 . 그러나 해마다 많은 양의 작물을 재배하려면 약간의 도움이 필요합니다. 비료가 공장에서 나오든 암소 뒤에서 나오든 비료가 하는 일입니다.
질소하지만 여기 문제가 있습니다 . 비료를 잠재적으로 폭발적으로 만드는 것은 N 2의 강력한 삼중 결합입니다 . 그 결합을 끊는 데 많은 에너지가 필요하다면 결합이 형성될 때 정확히 같은 양의 에너지가 방출되기 때문입니다. 이 문제를 해결할 수 있는 방법은 없습니다. 에너지는 생성되거나 소멸되거나 사라지도록 만들 수 없습니다. (어쨌든 실생활에서는 그렇지 않습니다. 해리 포터와 동료들은 서로 다른 규칙을 따릅니다. 하지만 그것들은 실제가 아닙니다. 죄송합니다.)
일이 폭발하는 이유는 무엇입니까? 본질적으로 폭발은 화학 반응이 많은 뜨거운 가스를 매우 빠르게 생성할 때 발생합니다. 이 가스는 밀폐된 공간에 있기 때문에 갈 곳이 없으면 빠르게 팽창하면서 주변 환경에 엄청난 압력을 가합니다. 결국 주변 사람들은 강타와 함께 양보하기 십상이다. ( 다이너마이트와 TNT와 같은 고폭탄 은 조금 다릅니다. 하지만 비료는 고폭탄이 아니므로 해당 주제는 다른 날로 미루겠습니다.)
입자 이론질소를 함유한 화합물은 질소 가스를 생성할 가능성이 있습니다. 가스는 입자가 더 멀리 떨어져 있기 때문에 고체보다 훨씬 더 많은 공간을 차지하며, 이미 언급했듯이 엄청나게 강한 질소 삼중 결합이 형성될 때 많은 에너지가 방출됩니다. 그래서 당신은 뜨거운 (그것은 에너지 비트) 가스입니다. 많이. 공장의 컨테이너와 같이 벽으로 둘러싸면 폭발할 가능성이 있습니다.
이 경우 비료는 질산암모늄인 것으로 보입니다 . 이것은 암모니아(기억하는 경우 Fritz Haber가 이를 생성하는 방법을 알아냈습니다 )를 질산과 반응시켜 만듭니다. 질산암모늄의 화학식은 NH 4 NO 3 이므로 질소가 풍부합니다. 사실 질산 암모늄은 (수증기, 질소 가스와 산소 가스를 분해 할 때 형성 통해 일명 일부 산화 질소 가스를 웃 도중에). 가스가 많습니다. 많은 열.
공장에는 무수 암모니아 도 많이 포함되어 있었습니다 . 이것은 질산암모늄을 만들기 위해 암모니아가 필요하기 때문에 특별히 놀라운 일이 아닙니다. 이것은 비료 공장이었습니다. 무수물은 ‘물이 없음’, 즉 순수한 암모니아인 NH 3 를 의미 합니다. 순수한 암모니아의 끓는점은 -33 o C이므로 냉각 시스템이 고장 나면 약간의 문제가 있습니다. 실온에서 빠르게 증기로 변합니다. 이 증기는 꽤 불쾌합니다. 염모제나 펌제를 바르면 그 냄새가 나는 거 아시죠?(아직 80대라면)? 저것. 백 번. 독성이 있고 부식성이 있으며(폐를 손상시키면서 중독됨) 환경에 해를 끼칩니다. 아, 그리고 가연성입니다. 휘발유처럼 가연성은 아니지만 충분히 가연성입니다.
보고에 따르면 폭발 전에 공장에서 화재가 발생하여 암모니아에 불이 붙은 것으로 보입니다. 질산 암모늄은 발화하기 쉽지 않지만 화재가 진압되고 지속적인 열에 노출되면 반응하기 시작합니다. 그것은 약 210에서 분해 O를 C와이 시작 된 후에는 반응이, 그래서 치명적인 나선에 반응하는 주변의 물질을 일으키는 많은 열을 제공하기 때문에 그것은 정지 매우 어렵습니다 – 어떤 화학자가 전화 폭주 반응을 – 궁극적으로 폭발로 이어지는 .
따라서 비료는 식물이 사용할 수 있는 반응성이 더 큰 질소를 함유하고 있기 때문에 잠재적으로 위험합니다. 비료를 폭발로부터 보호하기 위해 할 수 있는 일은 없습니다. 폭발성을 줄이기 위해 첨가제를 넣을 수는 없습니다. 그것은 그들의 본성에 있습니다. 그들의 폭발성을 없애고 비료로 작용하는 능력을 빼앗아갑니다.
그러나 공장은 이와 같은 재해를 방지하기 위해 세부적인 안전 절차를 따르고 수많은 보호 백업 시스템을 갖추어야 합니다. 여기서 무엇이 잘못되었는지는 아직 모르지만 몇 가지 심각한 교훈을 얻었으면 합니다.