Visió científica: característiques de l'explosió a Beirut

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

La tràgica notícia d'una gran explosió a Beirut, que va agafar les primeres línies de recursos informatius, planteja interrogants naturals: com va poder passar això, què va esclatar allà, per quins factors són possibles aquests incidents? Per esbrinar-ho, mirem més de prop les propietats del nitrat d'amoni i els perills associats amb ell.

Què va passar a Beirut

En resum, la situació és la següent: fa sis anys, el vaixell Rhosus va entrar al port marítim de Beirut per a una reparació no programada. Va pertànyer a la companyia d'Igor Grechushkin, natural de Khabarovsk. Les autoritats portuàries no van alliberar el vaixell a causa de deficiències en els sistemes de seguretat i els documents de càrrega. A poc a poc, l'equip va abandonar Rhosus, i la seva càrrega, que constava de 2.750 tones de nitrat d'amoni, va ser traslladada a un magatzem del port, on es va emmagatzemar durant els sis anys següents. Les condicions d'emmagatzematge van resultar ser poc fiables, per tant, per tal de restringir l'accés a aquesta càrrega, es van realitzar treballs de soldadura al magatzem, a causa de la mala organització de la seguretat dels quals, posteriorment es va encendre la pirotècnia emmagatzemada al mateix magatzem.

Va començar un foc, recolzat per la combustió i els focs artificials. Després d'un temps, el nitrat d'amoni emmagatzemat va detonar. L'ona de xoc d'aquesta explosió va infligir un gran efecte perjudicial als voltants de Beirut: avui hi ha més de 130 persones mortes, i el seu nombre continua creixent a mesura que es descobreixen cada cop més cossos mentre es desmunten la runa d'edificis i estructures. Més de cinc mil persones van resultar ferides.

Fotografies des de l'espai fetes pel satèl·lit Kanopus-V. La foto de dalt és del 4 de novembre de 2019 i la foto de sota és l'endemà de l'explosió. / © Roskosmos.ru

Un gran nombre de cases van ser danyades en diferents graus, la destrucció va afectar la meitat dels edificis de Beirut, uns 300 mil habitants es van quedar sense llar. Segons el governador de la capital libanesa, Marwan Abboud, els danys de l'explosió s'estimen entre tres i cinc mil milions de dòlars. Les imatges de l'espai del port de Beirut, preses abans i després de la tragèdia, mostren una zona de destrucció contínua al voltant de tota la zona del port. Al Líban s'han decretat tres dies de dol.

Què és el nitrat d'amoni

El nitrat d'amoni, o nitrat d'amoni, és una sal d'amoni de l'àcid nítric, té la fórmula química NH₄NO₃ i consta de tres elements químics: nitrogen, hidrogen i oxigen. L'elevat contingut de nitrogen (aproximadament un terç en pes) en una forma fàcilment assimilable per les plantes permet utilitzar àmpliament el nitrat d'amoni com a fertilitzant nitrogenat eficaç en l'agricultura.

Com a tal, el nitrat d'amoni s'utilitza tant en forma pura com com a part d'altres fertilitzants complexos. El gruix del salitre produït al món s'utilitza precisament en aquesta capacitat. Físicament, el nitrat d'amoni és una substància cristal·lina blanca, en forma industrial en forma de grànuls de diverses mides.

És higroscòpic, és a dir, absorbeix bé la humitat de l'atmosfera; durant l'emmagatzematge té una tendència a l'aglomeració, la formació de grans masses denses. Per tant, s'emmagatzema i transporta no en forma de massa sòlida a granel, sinó en bosses denses i duradores que no permeten la formació de grans masses enganxades que són difícils d'afluixar.

Operacions d'explosió en mines a cel obert utilitzant nitrat d'amoni com a part d'explosius industrials / ©Flickr.com.

El nitrat d'amoni és un fort agent oxidant. Els tres àtoms d'oxigen que formen la seva molècula constitueixen el 60 per cent de la massa. En altres paraules, el nitrat d'amoni és més de la meitat d'oxigen, que s'allibera fàcilment de la seva molècula quan s'escalfa. La descomposició tèrmica del nitrat es produeix de dues formes principals: a temperatures inferiors als 200 graus, es descompon en òxid de nitrogen i aigua, i a temperatures d'uns 350 graus i superiors, es formen nitrogen lliure i oxigen lliure simultàniament amb l'aigua. Això separa el nitrat d'amoni en la categoria d'oxidants forts i el seu ús predeterminat en la producció de diversos explosius, que requereixen un agent oxidant.

Nitrat d'amoni - un component d'explosius industrials

El nitrat d'amoni s'inclou en molts tipus d'explosius industrials i s'utilitza àmpliament en això, principalment a la indústria minera. L'home encara no ha inventat res més efectiu que una explosió per destruir roques. Per tant, gairebé qualsevol treball amb ells es basa en una explosió: des de la mineria a les mines fins a talls oberts i pedreres.

La indústria minera consumeix una gran quantitat d'explosius, i cada empresa minera o mina de carbó sempre té la seva pròpia planta per a la producció d'explosius, que es consumeixen en grans quantitats. La relativa barata del nitrat d'amoni permet utilitzar-lo per a la producció en massa de diversos explosius industrials.

I aquí podem observar la sorprenent amplitud de la formació de sistemes explosius per nitrat d'amoni. En barrejar nitrats amb literalment qualsevol substància combustible, podeu obtenir un sistema explosiu. Les mescles de nitrat amb pols d'alumini normal formen amonals, que per tant s'anomenen nitrat d'AMONI - ALUMINI. El 80% de la massa d'amonal és nitrat d'amoni. Els amonals són molt efectius, són bons per volar roques, certes varietats s'anomenen amonals de roca.

Explosió massiva durant les operacions mineres / © Flickr.com.

Si impregneu nitrats amb gasoil, obtindreu una altra classe d'explosius industrials: igdanites, que porta el nom de l'Institut de Mineria, l'Institut de Mineria de l'Acadèmia de Ciències de l'URSS. El salitre és capaç de formar mescles explosives quan s'impregna amb pràcticament qualsevol líquid inflamable, des d'oli vegetal fins a fuel. Altres classes d'explosius basats en nitrats utilitzen additius de diversos explosius: per exemple, les ammonites (no només són cefalòpodes fòssils) contenen TNT o RDX. En la seva forma pura, el nitrat d'amoni també és explosiu i pot detonar. Però la seva detonació és diferent de la detonació d'explosius industrials o militars. Què exactament? Recordem breument què és la detonació i en què es diferencia de la combustió ordinària.

Què és la detonació

Perquè s'iniciïn les reaccions de combustió en substàncies combustibles, els àtoms del combustible i de l'oxidant s'han d'alliberar i apropar-los fins que es formin enllaços químics entre ells. Alliberar-los de les molècules en què estan continguts significa destruir aquestes molècules: això fa que l'escalfament de les molècules a la temperatura de la seva descomposició. I el mateix escalfament reuneix els àtoms del combustible i l'oxidant per a la formació d'un enllaç químic entre ells, per a una reacció química.

En la combustió normal, anomenada deflagració, els reactius s'escalfen mitjançant la transferència de calor normal des del front de la flama. La flama escalfa les capes de la substància combustible i, sota la influència d'aquest escalfament, les substàncies es descomponen abans de l'inici de les reaccions de combustió química. El mecanisme de detonació és diferent. En ell, la substància s'escalfa abans de l'inici de les reaccions químiques a causa d'una compressió mecànica d'alt grau, com ja sabeu, sota una forta compressió, una substància s'escalfa.

Aquesta compressió produeix una ona de xoc que travessa la peça detonant de l'explosiu (o simplement el volum, si detona un líquid, una mescla de gas o un sistema multifàsic: per exemple, una suspensió de carbó a l'aire). L'ona de xoc comprimeix i escalfa la substància, provoca reaccions químiques en ella amb l'alliberament d'una gran quantitat de calor i és alimentada per aquesta energia de reacció alliberada directament en ella.

I aquí la velocitat de detonació és molt important, és a dir, la velocitat de l'ona de xoc que passa per la substància. Com més gran és, més potent és l'explosiu, l'acció explosiva. Per a explosius industrials i militars, la velocitat de detonació és de diversos quilòmetres per segon: des d'uns 5 km / seg per a amonals i ammonits i 6-7 km / seg per a TNT fins a 8 km / seg per a RDX i 9 km / seg per a HMX. Com més ràpida és la detonació, més gran és la densitat d'energia de l'ona de xoc, més fort és el seu efecte destructiu quan surt dels límits de la peça d'explosiu.

Si l'ona de xoc supera la velocitat del so en el material, l'aixafa en trossos, això s'anomena acció de voladura. És el que trenca el cos d'una granada, un projectil i una bomba en fragments, aixafa pedres al voltant d'un sondeig o un forat ple d'explosius.

Amb la distància d'una peça d'explosius, la potència i la velocitat de l'ona de xoc disminueixen, i des d'una certa distància curta ja no pot aixafar la substància circumdant, sinó que pot actuar sobre ella amb la seva pressió, empènyer, arrugar, dispersar, llançar, llançar. Aquesta acció de pressió, trituració i llançament s'anomena alta explosió.

Característiques de la detonació del nitrat

El nitrat d'amoni industrial sense cap additiu que formi explosius, com hem assenyalat anteriorment, també pot detonar. La seva velocitat de detonació, a diferència dels explosius industrials, és relativament baixa: uns 1,5-2,5 km/s. La propagació de la velocitat de detonació depèn de molts factors: en la forma de quins grànuls es troba el salitre, amb quina força es comprimeixen, quin és el contingut d'humitat actual del salitre i molts altres.

Per tant, el salitre no forma una acció de voladura: no aixafa els materials circumdants. Però l'efecte d'alta explosió de la detonació de nitrat produeix força tangible. I la potència d'una detonació particular depèn de la seva quantitat. Amb grans masses explosives, l'efecte explosiu de l'explosió pot arribar a la destructivitat de qualsevol nivell.

Conseqüències de l'explosió a Beirut / © "Lenta.ru"

Parlant de la detonació, observem un punt més important: com comença. De fet, perquè una ona de xoc de compressió passi per l'explosiu, s'ha de llançar d'alguna manera, creat amb alguna cosa. Simplement encendre una peça d'explosiu no proporciona la compressió mecànica necessària per iniciar la detonació.

Per tant, en trossos petits de TNT, incendiats amb un llumins, és molt possible bullir el te en una tassa: cremen amb un xiulet característic, de vegades fumen, però cremen en silenci i sense explosió. (La descripció no és una recomanació per fer te! Encara és perillós si les peces són grans o contaminades.) Per activar la detonació, necessiteu un detonador: un petit dispositiu amb una càrrega explosiva especial inserida al cos principal d'explosius. L'explosió d'un detonador, ben inserit a la càrrega principal, llança una ona de xoc i detonació en ella.

Què podria haver provocat la detonació

La detonació es pot produir espontàniament? Potser: la combustió ordinària és capaç de convertir-se en detonació quan s'accelera, amb un augment de la intensitat d'aquesta combustió. Si enceneu una barreja d'oxigen amb hidrogen, un gas explosiu, començarà a cremar en silenci, però a mesura que el front de flama s'accelera, la combustió es convertirà en detonació.

La combustió de sistemes de gas multifàsic, com ara tot tipus de suspensions i aerosols, que s'utilitzen en municions per a una explosió volumètrica, es converteix ràpidament en detonació. La combustió del propulsor també pot convertir-se en detonació si la pressió al motor comença a augmentar ràpidament, d'una manera fora de disseny. Augment de la pressió, acceleració de la combustió: aquests són els requisits previs per a la transició de la combustió ordinària a la detonació.

A més, els catalitzadors de combustió poden ser diversos additius, contaminants, impureses, més precisament, ells o els seus components, que contribuiran a la transició local a la detonació. És més probable que la munició oxidada i rovellada detoni si l'explosiu és adjacent a la secció oxidada del casc. Hi ha molts matisos i punts en l'inici de la detonació que ometrem, així que tornem a la pregunta: com podria detonar el salitre al magatzem?

I aquí és obvi que la pirotècnia podria jugar perfectament el paper d'un detonador. No, només un xiuxiueig de pólvora amb prou feines va provocar la detonació del salitre amb la seva força de fum amb espurnes. Però el vídeo captura nombrosos brots massius que brillen pel fum del foc abans de l'explosió del salitre. Es tracta de petites explosions d'una dispersió de components pirotècnics de focs artificials. Van servir com un inici detonant evident. No, no eren detonadors industrials.

Però en condicions de foc, escalfament de grans superfícies de salitre amb una flama i la massivitat de milers d'operacions pirotècniques que es van produir, aquests coets pirotècnics probablement es van introduir a la superfície escalfada del salitre amb més explosions de salitre calent. En algun moment, es va produir la seva detonació sota aquest impacte i es va estendre a tota la gamma de salitre emmagatzemat.

És difícil analitzar més esdeveniments en detall sense informació detallada i estudi del lloc de l'explosió. No se sap fins a quin punt van ser detonades totes les 2.750 tones. La detonació no és un començament absolut que passa sempre tal com està escrit en el paper. Succeeix que les briquetes de TNT apilades no detonen totes: algunes d'elles simplement s'escampen pels costats, si no es prenen mesures fiables per transferir la detonació entre elles.

Després d'explosions massives de roques, quan s'exploten centenars i milers de pous plens d'explosius (poden estar equipats amb explosius durant un mes sencer), després que un núvol de pols s'instal·li, només els especialistes entren primer sempre a la zona d'explosió i inspeccionen el que va explotar. i el que no va explotar. També recullen explosius sense explotar. Així passa amb el salitre en un magatzem del port de Beirut: la detonació completa de l'explosió de tota la massa de nitrat és difícil de determinar, però és evident que era bastant gran.

Característiques de l'explosió a Beirut

La imatge mateixa de l'explosió es correspon bé amb la detonació del nitrat. Una gran columna de fum marró vermellós després de l'explosió és un color típic del núvol amb òxids de nitrogen vermells, que s'alliberen en grans quantitats durant la descomposició del nitrat en l'explosió. A causa de la baixa velocitat de detonació del nitrat, no es va produir cap acció de trituració massiva.

Per tant, no es va formar un gran cràter al lloc de l'explosió: no es van detallar els materials dels molls i la coberta del sòl de formigó dels magatzems, per tant no es van llençar. A causa d'això, no hi va haver bombardeig de la ciutat amb peces que volien des de la zona de l'explosió, i l'alt soldà de peces voladores i fragments formats per l'explosió no es va aixecar per sobre del lloc de l'explosió.

Una columna de fum, acolorida per les emissions d'òxids de nitrogen durant la descomposició del nitrat d'amoni / © dnpr.com.ua.

Al mateix temps, l'abundant alliberament de productes de combustió gasosos -vapor d'aigua, òxids de nitrogen- va donar a la imatge de l'explosió les característiques d'una explosió volumètrica. A més d'una ona de xoc que passa ràpidament, prou potent i visible com una paret de boira ràpida, el rodatge mostra una paret que s'acosta de gasos d'explosió en expansió, barrejats amb pols i que s'enfilen des de la superfície de la terra amb una aproximació ràpida. Això és típic per a explosions de grans volums amb una velocitat de detonació baixa.

La naturalesa dels danys als edificis amb una alta probabilitat mostrarà que es van veure afectats no només per l'ona de xoc en si -poderosa, però a curt termini-, sinó també per una exposició més llarga al corrent de gas-aire en expansió dispersat des de la zona de l'explosió.

Explosions de nitrats a Beirut

Les explosions de fertilitzants a base de sals d'àcid nítric ja s'han produït abans, són ben conegudes, n'hi ha molts casos a la història. Així, l'1 de setembre de 2001, a Tolosa de Llenguadoc, a la planta d'adobs de l'empresa Grande Paroisse, va esclatar un hangar, en el qual van detonar 300 tones de nitrat d'amoni. Unes 30 persones van morir i milers van resultar ferides. Molts edificis de Tolosa van ser danyats.

Abans, el 16 d'abril de 1947, es va produir una explosió de 2.100 tones de nitrat d'amoni a bord del vaixell "Grancan" al port de Texas City, EUA. Va ser precedit per un incendi al vaixell: una situació i una seqüència d'esdeveniments similars. L'explosió va provocar incendis i explosions a vaixells i instal·lacions d'emmagatzematge de petroli properes. Unes 600 persones van morir, centenars de desaparegudes, més de cinc mil ferits.

El 21 de setembre de 1921, 12 mil tones d'una barreja de sulfat d'amoni i nitrat d'amoni van explotar a la planta química de BASF prop de la ciutat d'Oppau a Baviera. Una explosió d'aquest poder va formar un cràter enorme, dos pobles més propers van ser esborrats de la faç de la terra i la ciutat d'Oppau va ser destruïda.

L'any 2004 es van produir explosions catastròfiques de nitrat d'amoni amb gran destrucció i nombroses víctimes a la ciutat nord-coreana de Ryongcheon; el 2013 a la ciutat de West a Texas, EUA; el 2015 a la ciutat portuària de Tianjin a la Xina. I la llista continua.

Malauradament, el nitrat d'amoni, amb tots els enormes avantatges que aporta a una persona, segueix sent un objecte perillós que requereix el compliment d'una sèrie de requisits de seguretat en la manipulació. I la negligència o la negligència poden provocar noves tragèdies, la prevenció de les quals requereix tant endurir les normes de maneig dels nitrats com augmentar la responsabilitat pel seu compliment i implementació.