Visão científica: características da explosão em Beirute

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

A trágica notícia de uma grande explosão em Beirute, que tomou as primeiras linhas de recursos noticiosos, levanta questões naturais: como isso pode ter acontecido, o que explodiu ali, por que fatores são possíveis tais incidentes? Para descobrir isso, vamos examinar mais de perto as propriedades do nitrato de amônio e os perigos associados a ele.

O que aconteceu em Beirute

Resumindo, a situação é a seguinte: há seis anos, o navio Rhosus entrou no porto de Beirute para um reparo não programado. Pertencia à companhia de Igor Grechushkin, natural de Khabarovsk. As autoridades portuárias não liberaram o navio devido a deficiências nos sistemas de segurança e documentos de carga. Aos poucos, a equipe deixou Rhosus, e sua carga, que consistia em 2.750 toneladas de nitrato de amônio, foi transferida para um depósito no porto, onde ficou armazenada pelos próximos seis anos. As condições de armazenamento revelaram-se insuficientemente fiáveis, pelo que, de forma a restringir o acesso a esta carga, foram efectuados trabalhos de soldadura no armazém, devido à má organização da segurança da qual, os pirotécnicos armazenados no mesmo armazém posteriormente incendiaram.

Iniciou-se um incêndio, apoiado por combustão e fogos de artifício. Após algum tempo, o nitrato de amônio armazenado detonou. A onda de choque desta explosão infligiu um grande efeito prejudicial nas áreas circundantes de Beirute: hoje existem mais de 130 pessoas mortas, e seu número continua a crescer à medida que mais e mais corpos são descobertos durante o desmantelamento de escombros de edifícios e estruturas. Mais de cinco mil pessoas ficaram feridas.

Fotografias do espaço tiradas pelo satélite Kanopus-V. A foto acima é datada de 4 de novembro de 2019, e a foto abaixo é do dia seguinte à explosão. / © Roskosmos.ru

Um grande número de casas foram danificadas em vários graus, a destruição afetou metade dos edifícios em Beirute, cerca de 300 mil moradores ficaram desabrigados. Segundo o governador da capital libanesa, Marwan Abboud, os prejuízos com a explosão estão estimados entre três e cinco bilhões de dólares. Fotos do espaço do porto de Beirute, tiradas antes e depois da tragédia, mostram uma área de destruição contínua em torno de toda a área do porto. Três dias de luto foram declarados no Líbano.

O que é nitrato de amônio

O nitrato de amônio, ou nitrato de amônio, é um sal de amônio do ácido nítrico, tem a fórmula química NH₄NO₃ e consiste em três elementos químicos - nitrogênio, hidrogênio e oxigênio. O alto teor de nitrogênio (cerca de um terço em peso) em uma forma prontamente assimilável pelas plantas torna possível o uso amplo de nitrato de amônio como um fertilizante de nitrogênio eficaz na agricultura.

Como tal, o nitrato de amônio é usado na forma pura e como parte de outros fertilizantes complexos. A maior parte do salitre produzido no mundo é utilizado justamente para essa capacidade. Fisicamente, o nitrato de amônio é uma substância cristalina branca, em forma industrial na forma de grânulos de vários tamanhos.

É higroscópico, ou seja, absorve bem a umidade da atmosfera; durante o armazenamento tem tendência a endurecer, a formação de grandes massas densas. Portanto, é armazenado e transportado não na forma de massa sólida a granel, mas em sacos densos e duráveis que não permitem a formação de grandes massas endurecidas de difícil soltura.

Operações de detonação em minas a céu aberto usando nitrato de amônio como parte de explosivos industriais / ©Flickr.com.

O nitrato de amônio é um forte agente oxidante. Os três átomos de oxigênio que constituem sua molécula constituem 60% da massa. Em outras palavras, o nitrato de amônio é mais da metade do oxigênio, que é facilmente liberado de sua molécula quando aquecido. A decomposição térmica do nitrato ocorre em duas formas principais: em temperaturas abaixo de 200 graus, ele se decompõe em óxido de nitrogênio e água, e em temperaturas de cerca de 350 graus e acima, nitrogênio e oxigênio livres são formados simultaneamente com a água. Isso separa o nitrato de amônio na categoria de oxidantes fortes e predeterminou seu uso na produção de vários explosivos, que requerem um agente oxidante.

Nitrato de amônio - um componente de explosivos industriais

O nitrato de amônio está incluído em muitos tipos de explosivos industriais e é amplamente utilizado nisso, principalmente na indústria de mineração. O homem ainda não inventou nada mais eficaz do que uma explosão para destruir rochas. Portanto, quase qualquer trabalho com eles é baseado em uma explosão: desde a mineração em minas até cortes abertos e pedreiras.

A indústria de mineração consome uma grande quantidade de explosivos, e toda empresa de mineração ou mina de carvão sempre possui sua própria planta de produção de explosivos, que são consumidos em grandes quantidades. O baixo preço do nitrato de amônio torna possível usá-lo para a produção em massa de vários explosivos industriais.

E aqui podemos notar a incrível amplitude da formação de sistemas explosivos pelo nitrato de amônio. Ao misturar nitrato com literalmente qualquer substância combustível, você pode obter um sistema explosivo. Misturas de nitrato com pó de alumínio comum formam amonais, que são, portanto, chamados de nitrato de AMÔNIO - ALUMÍNIO. 80% da massa de amônia é nitrato de amônio. Os amonais são muito eficazes, são bons para explodir pedras, certas variedades são chamadas de amonais.

Explosão maciça durante as operações de mineração / © Flickr.com.

Se você impregnar nitrato com óleo diesel, obterá outra classe de explosivos industriais - igdanitos, em homenagem ao Instituto de Mineração, Instituto de Mineração da Academia de Ciências da URSS. O salitre é capaz de formar misturas explosivas quando impregnado com praticamente qualquer líquido inflamável, desde óleo vegetal até óleo combustível. Outras classes de explosivos à base de nitrato usam aditivos de vários explosivos: por exemplo, amonites (não são apenas cefalópodes fósseis) contêm TNT ou RDX. Em sua forma pura, o nitrato de amônio também é explosivo e pode detonar. Mas sua detonação é diferente da detonação de explosivos industriais ou militares. O que exatamente? Vamos relembrar brevemente o que é detonação e como ela difere da combustão comum.

O que é detonação

Para que as reações de combustão comecem em substâncias combustíveis, os átomos do combustível e do oxidante devem ser liberados e aproximados até que as ligações químicas sejam formadas entre eles. Liberá-los das moléculas nas quais estão contidos significa destruir essas moléculas: isso faz o aquecimento das moléculas até a temperatura de sua decomposição. E o mesmo aquecimento reúne os átomos do combustível e do oxidante para a formação de uma ligação química entre eles - para uma reação química.

Na combustão normal - chamada de deflagração - os reagentes são aquecidos pela transferência normal de calor da frente da chama. A chama aquece as camadas da substância combustível e, sob a influência desse aquecimento, as substâncias se decompõem antes do início das reações de combustão química. O mecanismo de detonação é diferente. Nele, a substância é aquecida antes do início das reações químicas devido à compressão mecânica de alto grau - como você sabe, sob forte compressão, uma substância se aquece.

Essa compressão dá uma onda de choque que passa pela peça detonante do explosivo (ou simplesmente o volume, se um líquido, mistura de gás ou sistema multifásico detonar: por exemplo, uma suspensão de carvão no ar). A onda de choque comprime e aquece a substância, causa reações químicas nela com a liberação de uma grande quantidade de calor e é ela mesma alimentada por essa energia de reação liberada diretamente nela.

E aqui a velocidade de detonação é muito importante - ou seja, a velocidade da onda de choque que passa pela substância. Quanto maior for, mais poderoso será o explosivo, a ação explosiva. Para explosivos industriais e militares, a velocidade de detonação é de vários quilômetros por segundo - de cerca de 5 km / s para amonais e amonites e 6-7 km / s para TNT a 8 km / s para RDX e 9 km / s para HMX. Quanto mais rápida for a detonação, quanto maior for a densidade de energia na onda de choque, mais forte será o seu efeito destrutivo ao deixar os limites da peça de explosivo.

Se a onda de choque exceder a velocidade do som no material, ela o despedaça - isso é chamado de ação explosiva. É ela que quebra o corpo de uma granada, um projétil e uma bomba em fragmentos, esmaga pedras em torno de um furo ou furo cheio de explosivos.

Com a distância de um pedaço de explosivo, a potência e a velocidade da onda de choque diminuem, e de uma certa distância curta ela não pode mais esmagar a substância circundante, mas pode agir sobre ela com sua pressão, empurrar, amassar, dispersar, lançar, lançar. Essa ação de pressionar, esmagar e arremessar é chamada de alto explosivo.

Características de detonação de nitrato

O nitrato de amônio industrial sem quaisquer aditivos que formem explosivos, como observamos acima, também pode detonar. Sua velocidade de detonação, em contraste com os explosivos industriais, é relativamente baixa: cerca de 1,5-2,5 km / s. A propagação da velocidade de detonação depende de muitos fatores: em que forma se encontra o salitre, quão fortemente são comprimidos, qual é o teor de humidade atual do salitre e muitos outros.

Portanto, o salitre não exerce uma ação de detonação - ele não esmaga os materiais circundantes. Mas o efeito altamente explosivo da detonação de nitrato produz bastante tangível. E o poder de uma detonação particular depende de sua quantidade. Com grandes massas explosivas, o efeito altamente explosivo da explosão pode atingir a destrutividade de qualquer nível.

Rescaldo da explosão em Beirute / © "Lenta.ru"

Por falar em detonação, notamos mais um ponto importante - como ela começa. Na verdade, para que uma onda de choque de compressão atravesse o explosivo, ela deve ser lançada de alguma forma, criada com alguma coisa. A simples ignição de um explosivo não fornece a compressão mecânica necessária para iniciar a detonação.

Assim, em pequenos pedaços de TNT, ateados ao fogo com um fósforo, é bem possível ferver o chá numa caneca - queimam com um chiado característico, às vezes fumegam, mas queimam silenciosamente e sem explosão. (A descrição não é uma recomendação para fazer chá! Ainda é perigoso se as peças forem grandes ou contaminadas.) Para acionar a detonação, você precisa de um detonador - um pequeno dispositivo com uma carga explosiva especial inserida no corpo principal dos explosivos. A explosão de um detonador, firmemente inserido na carga principal, lança uma onda de choque e detonação nela.

O que poderia ter causado a detonação

A detonação pode ocorrer espontaneamente? Talvez: a combustão comum é capaz de se transformar em detonação quando é acelerada, com o aumento da intensidade dessa combustão. Se você inflamar uma mistura de oxigênio com hidrogênio - um gás explosivo - ele começará a queimar silenciosamente, mas conforme a frente da chama acelera, a combustão se transforma em detonação.

A combustão de sistemas de gás multifásico, como todos os tipos de suspensões e aerossóis, que são usados na munição para uma explosão volumétrica, rapidamente se transforma em detonação. A combustão do propelente também pode se transformar em detonação se a pressão no motor começar a aumentar rapidamente, de maneira não projetada. Um aumento na pressão, aceleração da combustão - estes são os pré-requisitos para a transição da combustão normal para a detonação.

Além disso, os catalisadores de combustão podem ser vários aditivos, contaminantes, impurezas - mais precisamente, eles ou seus componentes, que contribuirão para a transição local para a detonação. A munição oxidada e enferrujada tem maior probabilidade de detonar se o explosivo estiver adjacente à seção oxidada do casco. Existem muitas nuances e pontos no início da detonação que omitiremos, portanto, voltemos à pergunta: como o salitre poderia detonar no depósito?

E aqui é óbvio que a pirotecnia poderia perfeitamente desempenhar o papel de um detonador. Não, apenas um barulho de pólvora sibilante dificilmente causava a detonação do salitre com sua força de fumaça com fagulhas. Mas o vídeo captura numerosos surtos massivos cintilando na fumaça do fogo antes da explosão do salitre. Estas são pequenas explosões de uma dispersão de componentes pirotécnicos de fogos de artifício. Eles serviram como um início de detonação óbvio. Não, eles não eram detonadores industriais.

Mas em condições de incêndio, aquecimento de grandes superfícies do salitre com uma chama e a maciça de milhares de operações pirotécnicas ocorrendo, esses foguetes pirotécnicos foram provavelmente introduzidos na superfície aquecida do salitre com novas explosões no salitre quente. Em algum ponto, sua detonação sob tal impacto ocorreu - e se espalhou por toda a gama de salitre armazenado.

É difícil analisar eventos adicionais em detalhes sem informações detalhadas e estudo do local da explosão. Não se sabe até que ponto todas as 2.750 toneladas foram detonadas. A detonação não é um começo absoluto que sempre acontece conforme está escrito no papel. Acontece que os briquetes TNT empilhados não detonam todos: alguns deles simplesmente se espalham para os lados, se medidas confiáveis não forem tomadas para transferir a detonação entre eles.

Depois de explosões massivas de rochas, quando centenas e milhares de poços cheios de explosivos são explodidos (eles podem ser equipados com explosivos por um mês inteiro), depois que uma nuvem de poeira assenta, apenas os especialistas primeiro sempre entram na zona de explosão e inspecionam o que explodiu e o que não explodiu. Eles também coletam explosivos não detonados. O mesmo ocorre com o salitre em um armazém no porto de Beirute: a inteireza da detonação da explosão de toda a massa de nitrato é difícil de determinar, mas é claro que era bastante grande.

Características da explosão em Beirute

A própria imagem da explosão corresponde bem à detonação do nitrato. Uma grande coluna de fumaça marrom-avermelhada após a explosão é uma cor típica da nuvem com óxidos de nitrogênio vermelhos, que são liberados em grandes quantidades durante a decomposição do nitrato na explosão. Devido à baixa velocidade de detonação do nitrato, nenhuma ação massiva de esmagamento ocorreu.

Portanto, não se formou uma grande cratera no local da explosão: os materiais dos pilares e a cobertura do solo de concreto dos armazéns não foram detalhados, portanto não foram jogados fora. Devido a isso, não houve bombardeio da cidade com peças voando da área da explosão, e o alto sultão de peças voadoras e fragmentos formados pela explosão não se elevou acima do local da explosão.

Uma coluna de fumaça, colorida pelas emissões de óxidos de nitrogênio durante a decomposição do nitrato de amônio / © dnpr.com.ua.

Ao mesmo tempo, a liberação abundante de produtos gasosos da combustão - vapor d'água, óxidos de nitrogênio - deu à imagem da explosão as características de uma explosão volumétrica. Além de uma onda de choque que passa rapidamente, poderosa o suficiente e visível como uma parede de neblina rápida, o tiroteio mostra uma parede de gases de explosão em expansão se aproximando, misturada com poeira e ondulando da superfície da terra em uma abordagem rápida. Isso é típico de explosões de grandes volumes com baixa velocidade de detonação.

A natureza dos danos aos edifícios com alta probabilidade mostrará que eles foram afetados não apenas pela onda de choque em si - poderosa, mas de curto prazo - mas também por uma exposição mais longa ao fluxo de gás-ar em expansão espalhado pela área de explosão.

Explosões de nitrato para Beirute

Explosões de fertilizantes à base de sais de ácido nítrico já ocorreram antes, são bem conhecidas, há muitos casos desse tipo na história. Assim, no dia 1º de setembro de 2001, em Toulouse, na fábrica de fertilizantes da empresa Grande Paroisse, explodiu um hangar, no qual foram detonadas 300 toneladas de nitrato de amônio. Cerca de 30 pessoas morreram, milhares ficaram feridas. Muitos edifícios em Toulouse foram danificados.

Anteriormente, em 16 de abril de 1947, houve uma explosão de 2.100 toneladas de nitrato de amônio a bordo do navio "Grancan" no porto de Texas City, nos Estados Unidos. Foi precedido por um incêndio no navio - uma situação e sequência de eventos semelhantes. A explosão causou incêndios e explosões em navios e instalações de armazenamento de petróleo nas proximidades. Cerca de 600 pessoas morreram, centenas estão desaparecidas, mais de cinco mil ficaram feridas.

Em 21 de setembro de 1921, 12 mil toneladas de uma mistura de sulfato de amônio e nitrato de amônio explodiram na fábrica de produtos químicos da BASF perto da cidade de Oppau, na Baviera. Uma explosão de tal poder formou uma enorme cratera, duas aldeias mais próximas foram varridas da face da terra e a cidade de Oppau foi destruída.

Explosões catastróficas de nitrato de amônio com grande destruição e numerosas vítimas ocorreram em 2004 na cidade norte-coreana de Ryongcheon; em 2013 na cidade de West no Texas, EUA; em 2015 na cidade portuária de Tianjin, na China. E a lista continua.

Infelizmente, o nitrato de amônio, com todas as enormes vantagens que traz para uma pessoa, continua sendo um objeto perigoso que exige o cumprimento de uma série de requisitos de segurança no manuseio. E o descuido ou a negligência podem causar novas tragédias, cuja prevenção requer tanto o endurecimento das regras para o manuseio do nitrato quanto o aumento da responsabilidade por sua observância e implementação.