نترات الأمونيوم

نترات الأمونيوم
نترات الأمونيوم
Sample of white powder
الاسم النظامي (IUPAC)
Ammonium nitrate
المعرفات
رقم CAS	64484-52-2
بوب كيم	22985[1]
مواصفات الإدخال النصي المبسط للجزيئات [NH4+].[N+](=O)([O-])[O-][1]
المعرف الكيميائي الدولي InChI=1S/NO3.H3N/c2-1(3)4;/h;1H3/q-1;/p+1[1]  InChIKey:DVARTQFDIMZBAA-UHFFFAOYSA-O[1][2]
الخواص
الصيغة الجزيئية	NH4NO3
الكتلة المولية	80.04 غ/مول
المظهر	مسحوق بلوري أبيض
الكثافة	1.72 غ/سم^3
نقطة الانصهار	170 °س
نقطة الغليان	يتفكك عند حوالي 210 °س
الذوبانية في الماء	118 غ/100 مل عند 0 °س 150 غ/ 100 مل عند 20 °س 297 غ/ 100 مل عند 40 °س 410 غ/ 100 مل عند 60 °س 576 غ/ 100 مل عند 80 °س 1024 غ/ 100 مل عند 100 °س[3]
الذوبانية	ينحل في الميثانول والإيثانول
المخاطر
رمز الخطر وفق GHS
وصف الخطر وفق GHS	خطر
بيانات الخطر وفق GHS	H201, H271, H319
بيانات وقائية وفق GHS	P220, P221, P271, P280, P264, P372
ترميز المخاطر	O E
LD50	2085–5300 مغ/كغ (فموي، لدى الفئران والجرذان)[4][5]
في حال عدم ورود غير ذلك فإن البيانات الواردة أعلاه معطاة بالحالة القياسية (عند 25 °س و 100 كيلوباسكال)
تعديل مصدري - تعديل

نترات الأمونيوم أو نترات نشادر[6] هو مركب كيميائي له الصيغة NH₄NO₃، ويوجد في الشروط القياسية على شكل بلورات عديمة اللون سهلة الانحلال في الماء وهي تتسيّل بسهولة لدى تماسها مع الهواء.

يستخدم المركب بشكل أساسي في صناعة المتفجرات المستخدمة في المناجم والإنشاءات الهندسية؛ كما يستخدم نظراً لمحتواه العالي من النتروجين في تركيب الأسمدة.[7]

تعمد العديد من الدول مؤخراً على التقليل التدريجي من استخدام نترات الأمونيوم ضمن التطبيقات الاستهلاكية نظراً لخطورة التعامل مع هذه المادة ولاحتمالية إساءة استخدامها.[8] وقد شهدت عدة دول كوارث جراء انفجار هذا المركب، منها انفجار مرفأ بيروت سنة 2020.[9]

التحضير

يحضر مركب نترات الأمونيوم من تمرير غاز الأمونياك في حمض النتريك (تركيز 42%)، مع العلم أن تفاعل التحضير هذا ناشر للحرارة.[10]

${\displaystyle {\ce {HNO3 + NH3 -> NH4NO3}}}$

في هذا التفاعل يكون مركب الأمونيا في حالته اللامائية (الغازية)، في حين ينبغي أن يكون حمض النتريك مركزاً؛ والتفاعل عنيف نظراً لكونه طارداً للحرارة. عند انتهاء التفاعل يتشكل محلول من نترات الأمونيوم تركيزه حوالي 88%، ثم يبخر الماء منه ليستحصل في النهاية على ناتج ذي تركيز يتراوح بين 95% إلى 99.9%؛ والذي يبلور على شكل حبيبات صغيرة داخل برج ترذيذ (برج رش) أو إلى حبيبات خشنة بالرش والتسخين داخل مجفف دوار. يمكن لهذه الحبيبات الناتجة أن تجفف لاحقاً لمنع التكتل. يستحصل على الأمونيا اللازمة لتحضير نترات الأمونيوم من عملية هابر-بوش؛ والتي يمكن أن تؤكسد إلى حمض النتريك وفق عملية أوستفالد.

بأسلوب آخر يمكن أن ينتج مركب نترات الأمونيوم وفق تفاعل تبادل:

${\displaystyle {\ce {(NH4)2SO4 + Ba(NO3)2 -> 2 NH4NO3 + BaSO4}}}$

أو وفق عملية النتروفوسفات:

${\displaystyle {\ce {Ca(NO3)2 + 2 NH3 + CO2 + H2O -> 2 NH4NO3 + CaCO3}}}$

يسمى الخليط الناتج وفق التفاعل الأخير نترات أمونيوم الكالسيوم وهو يستخدم في مجال الأسمدة.

الخواص

يوجد المركب في الشروط القياسية على شكل مسحوق بلوري أبيض اللون، وهو ينحل بشكل جيد جداً في الماء، ويرافق ذلك تبرُّد للمحلول الناتج، كما أنه ينحل أيضاً في كل من الميثانول والإيثانول.

عند التسخين يتفكك مركب نترات الأمونيوم بنمطين وذلك حسب أسلوب التسخين؛ فبالتسخين البطيء حول درجة انصهاره، يتفكك مركب نترات الأمونيوم إلى كل من الماء وغاز الضحك حسب المعادلة:

${\displaystyle {\ce {NH4NO3 -> N2O + 2H2O}}}$

أما بالتسخين الشديد فيتفكك مركب نترات الأمونيوم إلى الأكسجين، والنيتروجين، والماء حسب المعادلة:

${\displaystyle {\ce {2NH4NO3 -> 2N2 + O2 + 4H2O}}}$

إن تفاعلات التفكك الحراري المذكورة ناشرة (طاردة) للحرارة؛ وفي حال كانت كتلة نترات الأمونيوم أكبر من الكتلة الحرجة فإن التفكك يكون انفجارياً. تبلغ السرعة الانفجارية لنترات الأمونيوم 2500 متر/ثانية عند كثافة مقدارها 1.4 غ/سم^3؛[11] مطلقاً بذلك سحابة ذات لون برتقالي بني بسبب ثنائي أكسيد النيتروجين، وهو ناتج ثانوي من تفاعل نواتج التفكك.

الاستخدامات

الأسمدة

بسبب محتواه العالي من النتروجين يستخدم مركب نترات الأمونيوم في تركيب الأسمدة (السماد الآزوتي). وبسبب قابليته للتكتل فإنه يوجد دائماً على شكل خليط (مزيج)، غالباً إما مع كبريتات الأمونيوم أو أملاح الكالسيوم. تبلغ قيمة NPK لهذا السماد 0-0-34 (أي 34% نتروجين)؛[12] وبالمقابل تتميز اليوريا عن هذا المركب بقيمة NPK أعلى (0-0-46)، كما أنها أسهل من حيث التعامل في عمليات النقل والتخزين، كما أنها أكثر ثباتية واستقراراً.

المتفجرات

يمكن أن يستخدم نترات الأمونيوم في تصنيع القنابل والمتفجرات التي تستخدم في المناجم وفي الإنشاءات الهندسية؛[7] حيث أنه قادر على تشكيل مزائج انفجارية نظراً لخواصه المؤكسدة القوية، وذلك مع الأزيدات أو مسحوق الألومنيوم أو مزيجه مع زيت الوقود (ANFO)، والأخير واسع الاستخدام في المجالات الصناعية.[13]

متفرقات

• يدخل نترات الأمونيوم في بعض الأحيان في تركيب المحاليل المملوءة داخل أكياس التبريد، لأن انحلال هذا المركب في الماء هو تفاعل ماص للحرارة.
• قامت شركة تاكاتا (Takata) المصنعة لتجهيزات السيارات باستخدام نترات الأمونيوم بديلاً رخيصاً من أجل نفخ الوسائد الهوائية؛ إلا أنها اضطرت لسحب منتجاتها من السوق بسبب كونها غير آمنة، حيث تسببت في وفاة 14 شخص.[14]

السلامة

إن مركب نترات الأمونيوم مسبب للحرائق، لذا يجب أخذ الحيطة والحذر عند التعامل معه عند تخزينه أو نقله؛ إذ أن التسخين أو تقريب أي مصدر حراري يؤدي إلى التسبب بانفجار هذا المركب.[15] يتفاعل نترات الأمونيوم مع المواد القابلة للاشتعال وكذلك مع المواد المختزلة نظراً لكونه مؤكسداً قوياً؛ كما يجب عزله عن باقي المواد الكيميائية الأخرى، نظراً لنشاطه الكيميائي الكبير.[16]

نظراً لخطورة هذا المركب فقد أصدرت عدة وكالات وهيئات حكومية تعليمات السلامة للتعامل الآمن مع هذه المادة؛ مثل الولايات المتحدة الأمريكية،[17] والمملكة المتحدة،[18] وأستراليا.[19][20] يمكن التخفيف من خطورة نترات الأمونيوم المستخدم في مجال الأسمدة بخلطه مع أنواع أخرى.[21]

حوادث

يذكر التاريخ العديد من الحوادث بسببه، على سبيل المثال وقع ذلك سنة 1921 في لودفيغسهافن الألمانية. وفي 1947 فاجعة مدينة تكساس بميناء تكساس وفي مدينة تولوز الفرنسية سنة 2001، بمعمل للأسمدة الزراعية وانفجارات تيانجين 2015 ، وانفجار مرفأ بيروت 2020 في 4 أغسطس 2020، حسبما ذكرت مصادر أمنية لبنانية.[9][22]

مراجع

1. 6484-52-2 (بالإنجليزية), QID:Q278487
2. ChEBI release 2020-09-01، 1 سبتمبر 2020، QID:Q98915402
3. Pradyot Patnaik. Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill, 2002, (ردمك 0-07-049439-8)
4. Martel, B.؛ Cassidy, K. (2004). Chemical Risk Analysis: A Practical Handbook. Butterworth–Heinemann. ص. 362. ISBN:1-903996-65-1.
5. "Archived copy". مؤرشف من الأصل في 2015-02-17. اطلع عليه بتاريخ 2015-03-13.
6. محمد الصاوي محمد مبارك (2003)، معجم المصطلحات العلمية في الأحياء الدقيقة والعلوم المرتبطة بها (بالعربية والإنجليزية)، القاهرة: مكتبة أوزوريس، ص. 31، OCLC:4769982658، QID:Q126042864
7. Karl-Heinz Zapp "Ammonium Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2012, Wiley-VCH, Weinheim. دُوِي:10.1002/14356007.a02_243
8. Ammonium nitrate sold by ton as U.S. regulation is stymied. نسخة محفوظة 2018-02-28 على موقع واي باك مشين. – The Dallas Morning News [وصلة مكسورة]
9. "معلومات أمنية أولية تتحدث عن 2700 طن من مادة الامونيوم المصادرة في المرفأ". المؤسسة اللبنانية للإرسال. 4 آب (أغسطس) 2020. مؤرشف من الأصل في 5 أغسطس 2020. اطلع عليه بتاريخ 4 آب (أغسطس) 2020.
10. "Archived copy" (PDF). مؤرشف من الأصل في 2012-01-23. اطلع عليه بتاريخ 2008-11-11.
11. Josef Köhler, Rudolf Meyer, Axel Homburg: Explosivstoffe. 10. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2008, ISBN 978-3-527-32009-7
12. "Nutrient Content of Fertilizer Materials" (PDF). مؤرشف من الأصل (PDF) في 2012-12-24. اطلع عليه بتاريخ 2012-06-27.
13. Cook، Melvin A. (1974). The Science of Industrial Explosives. IRECO Chemicals. ص. 1. ASIN:B0000EGDJT.
14. A Cheaper Airbag, and Takata's Road to a Deadly Crisis. – The New York Times نسخة محفوظة 10 يونيو 2019 على موقع واي باك مشين.
15. Pradyot Patnaik (2002). Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill. ISBN:0-07-049439-8.
16. "Chemical Engineering Transactions" (PDF). مؤرشف من الأصل (PDF) في 2016-04-14.
17. Chemical Advisory: Safe Storage, Handling, and Management of Ammonium Nitrate United States Environmental Protection Agency نسخة محفوظة 26 يونيو 2019 على موقع واي باك مشين.
18. "Storing and handling ammonium nitrate" (PDF). مؤرشف (PDF) من الأصل في 2011-07-04. اطلع عليه بتاريخ 2006-03-22.
19. "Dangerous Goods (HCDG) Regulations" (PDF). مؤرشف من الأصل (PDF) في 2019-05-26.
20. Ammonium Nitrate-Regulating its use, Balancing Access & Protection from "Worksafe Victoria". مؤرشف من الأصل في 2011-03-11.
21. Fertilizers Europe (2006). "Guidance for Compatibility of Fertilizer Blending Materials" (PDF). مؤرشف من الأصل (PDF) في 10 يناير 2020. اطلع عليه بتاريخ أكتوبر 2020.
22. "Lebanon's president calls for two-week state of emergency in Beirut after blast" (بالإنجليزية). Beirut. Reuters. 4 Aug 2020. Archived from the original on 2020-08-05. Retrieved 2020-08-04. Aoun, in remarks published on the Presidency Twitter account, said it was "unacceptable" that 2,750 tonnes of ammonium nitrate was stored in a warehouse for six years without safety measures and vowed that those responsible would face the "harshest punishments".