Ammoniumnitrat Ausdehnung?
Welches Gasvolumen hat 1kg Ammoniumnitrat nach einer Ausdehnung?
2 Antworten
Die Reaktionsgleichung der Zerfallsreaktion nach Initialzündung ist:
2 NH4NO3 ⟶ 4 H2O + 2 N2 + O2
Heißt für Nichtchemiker, dass aus der Stoffmenge von 2 mol Ammoniumnitrat insgesamt 7 mol an gasförmigen Reaktionsprodukten entstehen.
Mit einer molaren Masse M von 80 g/mol entspricht die Masse m von einem kg des Nitrats der Stoffmenge n = m/M = 12,5 mol. Somit entstehen 3,5 * 12,5 mol = 43,75 mol an gasförmigen Produkten.
Das molare Volumen von Gasen ist bei Umgebungsbedingungen 24 L/mol. Damit würde das Gasvolumen um den Faktor 1000 auf etwa V = 1050 L zunehmen.
Allerdings wird bei der Reaktion auch eine beträchtliche Energiemenge von 2625 kJ·kg−1 frei. Mit dieser Energiemenge und einer pi-mal-Daumen-genäherten spezifischer Wärmekapazität von 1,6 kJ/(kgK) für das Gasgemisch komme ich auf eine Temperaturerhöhung von ca. 2640 K. Damit ergibt sich für das erhitzte Gasvolumen:
V2 = V1 * T2/T1
V2 = 1050 L * (2640 K + 295 K)/295 K
V2 = 10,45 m³
Keine Garantie für die Richtigkeit! Bitte selbst nachrechnen.
In dem Standardwerk "Explosivstoffe" von Rudolf Meyer wird das sog. "Normalgasvolumen" mit 980 l/kg angegeben (bei 0° C und 1,013 bar).
Kommt drauf an ob zart erhitz bis zur Zersetzung oder ob mit Initialzündung explodierend.
Bei Intialzündung: 2 NH4NO3 -> 2 N2 + O2 +4H2O
D.h. aus je 2 mol Nitrat (160g) entstehen 7 mol Gas (H2O wäre bei den Explosionstemperaturen gasförmig)
1 Kg Ammoniumnitrat wären 13.5 mol; bei kompletter Umsetzung entstünden 43.75 mol Gas. Unter Standardbedingung (Physikalische Normbedingungen:101,325 kPa 0°C) wären das 980 l/kg. Das nennt sich Schwadenvolumen und ist eine Kenngröße von Explosivstoffen.
Der Wert taugt aber nur für Vergleichszwecke, weil die Gaswolke ja eine wesentlich höhere Temperatur hat und demnach auch ein wesentlich höheres Volumen am Ende der Explosion (nach p*V=n*R*T).
Allerdings sind akkurate Berechnungen schwierig, weil nur ein Teil der Explosionsenergie (Reaktionsenthalpie) in Wärme der Gaswolke umgewandelt wird; zudem hat man ja eine expandierende Explosionsfront mit einem Druckgefälle von Innen nach Außen.
Es gibt mittlerweile gute Computerprogramme um das näherungsweise zu berechnen, die zugrunde liegende Methodik ist aber sehr komplex