El nitrato de amonio es un compuesto químico con la fórmula NH 4 NO 3 . Es una sal cristalina de color blanco formada por iones de amonio y nitrato . Es muy soluble en agua e higroscópico como sólido, aunque no forma hidratos . Se utiliza principalmente en la agricultura como fertilizante con alto contenido de nitrógeno . [4]
Su otro uso importante es como componente de mezclas explosivas utilizadas en minas, canteras y construcción civil. Es el componente principal del ANFO , un explosivo industrial popular que representa el 80% de los explosivos utilizados en América del Norte; Se han utilizado formulaciones similares en artefactos explosivos improvisados .
Muchos países están eliminando gradualmente su uso en aplicaciones de consumo debido a la preocupación sobre su potencial de uso indebido. [5] Las explosiones accidentales de nitrato de amonio han matado a miles de personas desde principios del siglo XX. [5] [6] La producción mundial se estimó en 21,6 millones de toneladas en 2017. [7] Para 2021, la producción mundial de nitrato de amonio se redujo a 16,7 millones de toneladas. [6]
El nitrato de amonio se encuentra como mineral natural gwihabaita (anteriormente conocida como nitramita) [8] – el análogo amónico del salitre (nombre mineralógico: nitro) [9] [10] – en las regiones más secas del desierto de Atacama en Chile , a menudo como una costra en el suelo o en conjunto con otros minerales de nitrato, yodato y haluros . Allí se extraía nitrato de amonio hasta que el proceso Haber-Bosch hizo posible sintetizar nitratos a partir del nitrógeno atmosférico, dejando obsoleta la extracción de nitratos.
La producción industrial de nitrato de amonio implica la reacción ácido-base del amoníaco con ácido nítrico : [11]
El amoniaco necesario para este proceso se obtiene mediante el proceso Haber a partir de nitrógeno e hidrógeno. El amoníaco producido mediante el proceso Haber se puede oxidar a ácido nítrico mediante el proceso Ostwald . El amoníaco se utiliza en su forma anhidra (un gas) y el ácido nítrico se concentra. La reacción es violenta debido a su naturaleza altamente exotérmica . Después de que se forma la solución, normalmente a una concentración de aproximadamente el 83 %, el exceso de agua se evapora para dejar un contenido de nitrato de amonio (AN) de una concentración del 95 % al 99,9 % (fundido AN), dependiendo del grado. Luego, el AN fundido se convierte en "gránulos" o pequeñas perlas en una torre de pulverización , o en gránulos mediante pulverización y volteo en un tambor giratorio. Las pastillas o gránulos pueden secarse, enfriarse y luego recubrirse adicionalmente para evitar el apelmazamiento. Estos comprimidos o gránulos son los productos AN típicos en el comercio.
Otro método de producción es una variante del proceso de nitrofosfato :
Los productos, carbonato de calcio y nitrato de amonio, pueden purificarse por separado o venderse combinados como nitrato de calcio y amonio .
El nitrato de amonio también se puede producir mediante reacciones de metátesis :
Como el nitrato de amonio es una sal , tanto el catión NH+4, y el anión, NO−3, puede participar en reacciones químicas.
El nitrato de amonio sólido se descompone al calentarlo. A temperaturas inferiores a unos 300 °C, la descomposición produce principalmente óxido nitroso y agua:
A temperaturas más altas, predomina la siguiente reacción. [12]
Ambas reacciones de descomposición son exotérmicas y sus productos son gases. En determinadas condiciones, esto puede provocar una reacción descontrolada y el proceso de descomposición se vuelve explosivo. [13] Ver § Desastres para más detalles. Se han producido muchos desastres por nitrato de amonio , con pérdidas de vidas.
El color rojo anaranjado en una nube de explosión se debe al dióxido de nitrógeno , un producto de reacción secundario. [13]
Se han observado varias fases cristalinas de nitrato de amonio. Lo siguiente ocurre bajo presión atmosférica.
La transición entre las formas β-rómbicas a α-rómbicas (a 32,3 °C) se produce a temperatura ambiente en muchas partes del mundo. Estas formas tienen una diferencia de densidad del 3,6% y, por tanto, la transición entre ellas provoca un cambio de volumen. Una consecuencia práctica de esto es que el nitrato de amonio no se puede utilizar como propulsor sólido para motores de cohetes , ya que desarrolla grietas. Como solución a este problema se desarrolló el nitrato de amonio estabilizado (PSAN), que incorpora estabilizadores de haluros metálicos que evitan las fluctuaciones de densidad. [15]
El nitrato de amonio es un fertilizante importante con una clasificación NPK de 34-0-0 (34% de nitrógeno). [16] Está menos concentrado que la urea (46-0-0), lo que le da al nitrato de amonio una ligera desventaja en el transporte. La ventaja del nitrato de amonio sobre la urea es que es más estable y no pierde rápidamente nitrógeno a la atmósfera.
El nitrato de amonio forma fácilmente mezclas explosivas con propiedades variables cuando se combina con explosivos como el TNT o con combustibles como el polvo de aluminio o el fueloil. Ejemplos de explosivos que contienen nitrato de amonio incluyen:
ANFO es una mezcla de 94% de nitrato de amonio ("AN") y 6% de fueloil ("FO") ampliamente utilizada como explosivo industrial a granel . [17] : 1 Se utiliza en minería de carbón , canteras , minería metálica y construcción civil en aplicaciones poco exigentes donde las ventajas del bajo costo, la relativa seguridad y la facilidad de uso del ANFO son más importantes que los beneficios ofrecidos por los explosivos industriales convencionales, como como resistencia al agua, equilibrio de oxígeno , alta velocidad de detonación y rendimiento en diámetros pequeños. [17] : 2
Se utilizaron explosivos a base de nitrato de amonio en el atentado de Sterling Hall en Madison, Wisconsin, en 1970, el atentado de Oklahoma City en 1995, los atentados de Delhi de 2011 , el atentado de Oslo de 2011 y las explosiones de Hyderabad de 2013 .
En noviembre de 2009, el gobierno de la Provincia de la Frontera Noroeste (NWFP) de Pakistán impuso una prohibición sobre los fertilizantes de sulfato de amonio , nitrato de amonio y nitrato de amonio y calcio en la antigua División de Malakand , que comprende el Alto Dir , el Bajo Dir , Swat , Chitral , y Malakand de la NWFP, tras informes de que esos productos químicos fueron utilizados por militantes para fabricar explosivos. Debido a estas prohibiciones, " el clorato de potasio , el material que permite encender las cerillas de seguridad , ha superado al fertilizante como explosivo elegido por los insurgentes". [18]
El nitrato de amonio se utiliza en algunas compresas frías instantáneas , ya que su disolución en agua es altamente endotérmica . En 2021, la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah de Arabia Saudita llevó a cabo experimentos para estudiar el potencial de disolver nitrato de amonio en agua para sistemas de refrigeración fuera de la red y como refrigerante. Sugirieron que el agua podría destilarse y reutilizarse utilizando energía solar para evitar el desperdicio de agua en ambientes severos. [19]
Alguna vez se usó, en combinación con "combustibles" explosivos independientes como el nitrato de guanidina , [20] [21] como una alternativa más barata (pero menos estable) al 5-aminotetrazol en los infladores de bolsas de aire fabricados por Takata Corporation , que fueron retirados del mercado. como inseguro después de matar a 14 personas. [22]
Se encuentran disponibles numerosas pautas de seguridad para el almacenamiento y manipulación de nitrato de amonio. Los datos de salud y seguridad se muestran en las hojas de datos de seguridad disponibles de los proveedores y de varios gobiernos. [23] [24] [25]
El nitrato de amonio puro no arde, pero como oxidante fuerte, apoya y acelera la combustión de material orgánico (y algo inorgánico). [23] [26] [27] No debe almacenarse cerca de sustancias combustibles.
Si bien el nitrato de amonio es estable a temperatura y presión ambientales en muchas condiciones, puede detonar debido a una fuerte carga de iniciación. No debe almacenarse cerca de explosivos potentes o agentes explosivos.
El nitrato de amonio fundido es muy sensible a los golpes y la detonación, particularmente si se contamina con materiales incompatibles como combustibles, líquidos inflamables, ácidos, cloratos, cloruros, azufre, metales, carbón vegetal y aserrín. [28] [23]
El contacto con determinadas sustancias, como cloratos , ácidos minerales y sulfuros metálicos , puede provocar una descomposición vigorosa o incluso violenta capaz de encender el material combustible cercano o detonarlo. [29] [30]
El nitrato de amonio comienza a descomponerse después de fundirse, liberando NO x , HNO 3 , NH3y H2O . No se debe calentar en un espacio reducido. [23] El calor y la presión resultantes de la descomposición aumentan la sensibilidad a la detonación y aumentan la velocidad de descomposición. La detonación puede ocurrir a 80 atmósferas . La contaminación puede reducir esto a 20 atmósferas. [28]
El nitrato de amonio tiene una humedad relativa crítica del 59,4% a 30 °C. A mayor humedad, absorberá la humedad de la atmósfera. Por lo tanto, es importante almacenar el nitrato de amonio en un recipiente herméticamente cerrado. De lo contrario, puede fusionarse formando una masa grande y sólida. El nitrato de amonio puede absorber suficiente humedad para licuarse. La mezcla de nitrato de amonio con otros fertilizantes puede reducir la humedad relativa crítica. [31]
El potencial de uso del material como explosivo ha motivado medidas regulatorias. Por ejemplo, en Australia, el Reglamento sobre Mercancías Peligrosas entró en vigor en agosto de 2005 para hacer cumplir la concesión de licencias para el manejo de dichas sustancias. [32] Las licencias se conceden únicamente a los solicitantes (industria) que cuentan con medidas de seguridad adecuadas para evitar cualquier uso indebido. [33] También se pueden considerar usos adicionales, como fines educativos y de investigación, pero no el uso individual. Los empleados de quienes tienen licencias para manipular la sustancia aún deben ser supervisados por personal autorizado y deben pasar un control de seguridad y de la policía nacional antes de que se les pueda otorgar una licencia.
El nitrato de amonio no es peligroso para la salud y suele utilizarse en productos fertilizantes. [34] [35] [36]
El nitrato de amonio tiene una LD 50 de 2217 mg/kg, [37] que, en comparación, es aproximadamente dos tercios de la de la sal de mesa .
El nitrato de amonio se descompone, de forma no explosiva, en óxido nitroso y vapor de agua cuando se calienta. Sin embargo, se puede inducir su descomposición explosiva mediante detonación . [38] Las grandes reservas de material también pueden suponer un importante riesgo de incendio debido a la oxidación que los sustenta , una situación que puede fácilmente derivar en una detonación. Las explosiones no son infrecuentes: la mayoría de los años ocurren incidentes relativamente menores y también se han producido varias explosiones grandes y devastadoras. Los ejemplos incluyen la explosión de Oppau de 1921 (una de las mayores explosiones artificiales no nucleares ), el desastre de la ciudad de Texas de 1947, las explosiones de Tianjin de 2015 en China y la explosión de Beirut de 2020 . [39]
El nitrato de amonio puede explotar mediante dos mecanismos:
Aoun, en declaraciones publicadas en la cuenta Twitter de la Presidencia, calificó de "inaceptable" que 2.750 toneladas de nitrato de amonio hayan sido almacenadas en un almacén durante seis años sin medidas de seguridad y prometió que los responsables se enfrentarán a los "castigos más severos".