[서울=뉴시스] 오애리 기자 = 레바논 베이루트에서 4일(현지시간) 발생한 대폭발의 원인으로 질산 암모늄이 지적되면서, 이것이 어떤 물질인지에 관심이 집중되고 있다.
질산 암모늄(ammonium nitrate)은 NH4NO3의 화학식을 가지는 암모니아의 질산으로, 실온에서 백색 결정의 고체이다. 흔히 농업용 고질소 비료 재료로 쓰인다. 하지만 급조폭발물(IED, Improvised explosive device) 제조에도 쓰인다. 질산 암모늄을 이용해 만들었다는 점 때문에 급조폭발물은 '비료 폭탄'으로 불리기도 한다.
질산 암모늄은 매우 대중적인 폭약인 질산암모늄연료유(ANFO, Ammonium Nitrate Fuel Oil)의 핵심 물질이기도 하다. 이 폭약은 질산 암모늄과 경질유를 혼합해 목적에 맞게 폭발감도를 조절해 제조한다. 취급하기가 쉽고 경제적이어서 광산발파용, 건축공사용 등에서 널리 쓰인다.위키피디아에 따르면, 북미 지역에서 1년간 사용되는 폭발물 270만t의 80%가 ANFO 폭약이다.
역사상 가장 유명한 질산 암모늄 폭발사건은 1945년 4월 16일 미국 텍사스주 텍사스시티 항구에서 발생했다. 이른바 '텍사스 대재앙'으로 불릴 정도이다. 프랑스 선사 소유의 컨테이너선 그랜드캠프(Grandcamp)가 적재하고 있던 2300t의 질산 암모늄이 폭발한 것. 이날 새벽 컨테이너 내에서 연기가 피어오르는 것이 발견되자 선원들은 불을 끄기 위해 안간힘을 썼지만 결국 폭발을 막지는 못했다.
엄청난 폭발 강도와 화재로 인해 당시 최대 600명이 사망한 것으로 추정된다. 부상자도 약 3500명이 발생했다. 사고 현장으로부터 무려 240km 밖에서 폭발음이 들렸다는 기록도 있다. 그랜드캠프 컨테이너 선 뿐만 아니라 항구에 정박하고 있던 다른 선박들도 파괴되거나 불에 탔다.
심지어 불똥이 인근 정유시설로 튀면서, 몬산토 소유의 화약물질 저장 시설이 폭발해 현장에 있던 234명이 목숨을 잃었고 300여명이 심각한 부상을 입었다. 인근 가옥 500여채도 막대한 피해를 입었다.
그랜드캠프의 폭발로 인한 경제피해는 당시 액수로 1억달러로 추정된다. 사고 후 피해보상을 둘러싼 소송이 장기간 이어졌고, 1394명의 피해자들은 사고 발생으로부터 10년이 지난 1955년에야 총 1700만달러 규모의 배상을 받을 수 있었다.
하산 디아브 레바논 총리는 4일 베이루트 항구의 창고에 있는 2750t의 질산 암모늄이 폭발한 것으로 추정된다고 밝혔다. 텍사스 대참사 때 질산 암모늄의 양 보다 450t이 더 많다. 따라서 피해가 더 클 것으로 우려되고 있다.
◎공감언론 뉴시스
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베이루트 폭발 사고 1 (질산 암모늄의 이해)
Dr. CHEMCHOI 2021. 1. 31. 05:15
2020 년 8 월 4 일 저녁, 베이루트 항구의 격납고에서 질산 암모늄이 폭발하였고 이로 인해 약 200명 가까이 사상자가 나왔으며 6000명이 넘는 부상자가 집계되었습니다.
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.
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)
지난 시간에는 베이루트 폭발사고와 관련한 화학반응에 대해서 알아보았습니다. 지난 시간의 내용이 궁금하시거나 이번 시간 내용이 잘 이해가 되지 않으시는 분들은 아래 링크를 통해서 질산
chemistry-station.tistory.com
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