Ammoniumnitrat (AN)

 

In der Reihe Fact Sheets veröffentlicht die Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) allgemeinverständliche Informationen zu relevanten Themengebieten. Erstellt werden die Fact Sheets von dem Expertengremium "ChemFacts for Future", in dem sich Wissenschaftler*innen der GDCh aus verschiedenen Fachgebieten gemeinsam um relevante Themen kümmern. 

Ammoniumnitrat (AN) (Fact Sheet 5)


Fakten

Ammoniumnitrat (AN), NH4+NO3- ist das Ammonium-Salz der Salpetersäure. Es ist Hauptbestandteil vieler Düngemittel (z. B. „Blaukorn“). Früher wurde es auch in Airbags als Gas-erzeugende Komponente eingesetzt, da es preiswert und sicher zu handhaben ist und in guter Ausbeute nicht-toxische Gase (hauptsächlich H2O, N2 und O2) erzeugt.  Heute wird es in Airbags nicht mehr verwendet, da es hygroskopisch (wasserziehend) ist und nahe Raumtemperatur mehrere Phasenübergänge (d. h. das AN existiert in verschiedenen Kristallformen mit unterschiedlicher Dichte) aufweist. In der Synthesechemie dient es in der Umsetzung mit Dicyandiamid, (H2N)2C=N-CN, unter intermediärer Ausbildung von Guanidinium-Nitrat, C(NH2)3+NO3, zur Herstellung von Nitroguanidin, (H2N)2C=N-NO2 (Komponente in homogenen, aus verschiedenen Substanzen aufgebauten, Treibladungspulvern). Aufgrund seiner positiven Sauerstoffbilanz (+20 %) wird es auch als Komponente in (meist zivilen) Sprengstoffen (z.B. Emulsionssprengstoffen, suspendierte Tröpfchen einer wässrigen AN-Lösung in Öl) verwendet. Die Explosion von reinem AN verläuft nach der folgenden Gleichung:

NH4+NO3- (fest) ➝ 2 H2O (gas)  +  N2 (gas)  +  ½ O2 (gas)

Problem

Obwohl AN als brandfördernd gilt und sich beim Erhitzen ab dem Schmelzpunkt von 170 °C bis 210 °C zersetzt, gehört es nicht zu den explosionsgefährlichen Stoffen im Sinne des Sprengstoffgesetzes. Allerdings kann diese Zersetzung explosionsartig erfolgen, insbesondere dann, wenn die Lagerung großer Mengen (Tonnen) zur (Selbst-)Verdämmung führt und wenn oxidierbare Verunreinigungen (Öl, Benzin, Sägestaub, Getreide, Mehl, …) hinzukommen. ("Verdämmung" bedeutet, dass ein Explosivstoff von einer festen Hülle eingeschlossen wird, was im Allgemeinen die Detonationswirkung gegenüber dem harmloseren Abbrennen des Stoffes verstärkt.) Es hat in der Geschichte schon viele schwere Unfälle mit AN gegeben, hierzu zählen Oppau (1921, 400 t ASN, 559 Tote), Texas City (1947, ca. 500 Tote) und zuletzt Beirut (2020, 2750 t, ca. 140 Tote).

Problemlösung

Wegen der oben angesprochenen möglichen Gefahren, sollte AN in Düngemitteln nur noch gemischt mit nicht-oxidierbaren Substanzen wie Kalk (ca. 30 %) gelagert und eingesetzt werden.  Bei der Lagerung von reinem AN ist besonders auf oxidierbare Verunreinigungen sowie mögliche Zündquellen zu achten.


Autor: Prof. Dr. Thomas M. Klapötke, Ludwig-Maximilians-Universität München

Das Fact Sheet Ammoniumnitrat (AN) als pdf zum Ausdrucken.
 


Über das Gremium "ChemFacts for Future"

Die bedeutendsten Probleme, mit denen unser Planet und die meisten seiner Bewohner*innen derzeit konfrontiert werden, sind anthropogener Natur. Es ist daher auch die Aufgabe der Menschen, die Probleme zu erkennen und sie effizient zu lösen. Effizient bedeutet zeitnah und problemorientiert – jenseits von politischen und (rein) ökonomischen Interessen. 

Ein Großteil der Probleme kann (nur) unter Heranziehen chemischer Fachkenntnis sinnvoll bearbeitet werden. Die Herstellung und Verbreitung sachlich falscher Zusammenhänge, die zum Teil als Grundlage für politische Entscheidungen – und Fehlentscheidungen – herangezogen werden, sind für Naturwissenschaftler generell und uns Chemiker*innen im Speziellen daher besonders beunruhigend. 

Besonders der chemische Aspekt in Problemfeldern wie CO2-Emission und CO2-Bindung, Luftschadstoffbelastung oder Mikroplastikverbreitung führt dazu, dass wir uns als Chemiker*innen in der Pflicht sehen, belastbare, nicht von Lobbyismus getriebene Fakten zusammenzutragen und diese zu veröffentlichen. Wir sehen es auch als unsere Aufgabe an, in Kooperation mit Experten angrenzender Disziplinen (Medizin, Biologie, Physik) wissenschaftlich sinnvolle und ökonomisch wie ökologisch umsetzbare Lösungsvorschläge zu entwerfen und diese zu publizieren. 

Wir möchten uns als ein Gremium verstanden wissen, welches das Expertenwissen der Spitzenforscher*innen in den relevanten Themengebieten zusammenführt und es sowohl für die wissenschaftliche Community als auch die breite Öffentlichkeit auf verschiedenen Kanälen verfügbar macht. 

Dem Gründungsstab gehören neben dem Präsidenten der GDCh zunächst Vorsitzende verschiedener Fachgruppen und Arbeitsgruppen der GDCh an, die im nächsten Schritt Expertinnen und Experten benennen, die das Team der Verantwortlichen ergänzen werden. Mitglieder des Gremiums.

Kommentare

  • Werner Müller-Esterl
    am 20.08.2020
    Konzise, präzise, instruktiv - danke!
  • Miriam W.
    am 21.08.2020
    Vielen Dank für diese gute und hilfreiche Zusammenfassung!
  • Dr. Gerhard Stehlik
    am 25.08.2020
    Danke für die Neufassung.

    Behandelt werden sollte aber auch die hoch interessante physikalisch-chemische Frage, warum Ammoniumnitrat trotz der vielen Toten in Folge seiner Detonationen nicht zu den explosionsgefährlichen Stoffen im Sinne des Sprengstoffgesetzes gehört.

    So könnte Svante Arrhenius auch einmal nicht als "Eiszeit-Spekulant" und Verwandter von Greta Thunberg instrumentalisiert werden, sondern als großer Lehrer der Physikalischen Chemie, speziell als Lehrer über die Höhe des chemischen Potentials zur Aktivierung nicht spontaner chemischer Reaktionen. Die Aktivierung durch kundige Chemiker spielt eine entscheidende Rolle beim Vergleich der klassischen Sprengmittel Schwarzpulver und Nitroglycerin mit dem Ammoniumnitrat.

    Und wenn man das so in etwa versteht, kann man verstehen, dass die Explosionen und Lichtblitze vor der Detonation in Beirut gezielt gesetzt waren zur Zündung des Ammoniumnitrat-Lagers.

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