Divulgación Energía liberada en la explosión de Beirut.

[JCB]

Hola a tod@s.

Siguiendo una noticia de actualidad, recientemente se ha abierto un hilo sobre la explosión de Beirut, pero el asunto que trata es diferente al que voy a exponer en este. En concreto, intento evaluar la energía liberada por la explosión de las 2.750 toneladas de nitrato de amonio.

Según la Wikipedia inglesa (https://en.wikipedia.org/wiki/Ammonium_nitrate), y para altas temperaturas, la descomposición térmica del nitrato de amonio, sigue la siguiente reacción:

$2NH_4NO_3(s)\longrightarrow2N_2(g)+O_2(g)+4H_2O(g)$.

A partir de las entalpías de formación en condiciones normales de los compuestos, $\Delta H_f(H_2O(g))=-241,83\ kJ/mol$, $\Delta H_f(NH_4NO_3(s))=-366\ kJ/mol$, determino la entalpía de reacción

$\Delta H_r=\dfrac{4(-241,83)-2(-366)}{2}\ kJ/mol=-117,66\ kJ/mol$.

$117,66\ kJ/mol\dfrac{1\ mol}{80,04\ g}\dfrac{1.000\ g}{1\ kg}2.750.000\ kg\dfrac{1.000\ J}{1\ kJ}\dfrac{1\ t\ \text{TNT}}{4,184\cdot10^9\ J}=966\ t\ \text{TNT}$.

Es decir, el equivalente a casi 1.000 toneladas de TNT.

Ya me diréis si os parece un disparate.

Saludos cordiales,
JCB.

[Al2000]

¿Esa sería la energía liberada en forma de calor? ¿Alguna posibilidad de al menos estimar la energía liberada debida al rápido cambio de una sustancia sólida a una masa gaseosa?

Saludos,

$\mathcal A \ell$

[teclado]

Hola,

¿Esa sería la energía liberada en forma de calor? ¿Alguna posibilidad de al menos estimar la energía liberada debida al rápido cambio de una sustancia sólida a una masa gaseosa?

Saludos,

$'mathcal A \ell$

¿Esta energía no está incluída en la energía de la reacción (dados los estados de la reacción de la que se parte, y al margen de las condiciones termodinámicas exactas)?

Lo que me llama la atención es que ese kilotón rivaliza con una explosión nuclear pequeña, pero ¿es la misma la velocidad a la que se libera toda esa energía?

[arivasm]

Según la Wikipedia inglesa (https://en.wikipedia.org/wiki/Ammonium_nitrate), y para altas temperaturas, la descomposición térmica del nitrato de amonio, sigue la siguiente reacción:

$2NH_4NO_3(s)\longrightarrow2N_2(g)+O_2(g)+4H_2O(g)$

Pero la tremenda nube roja parece indicar que buena parte de la reacción fue por otro camino: óxidos de nitrógeno (sobre todo dióxido, que sería el responsable de la nube roja) y agua. Quizá a lo que se puede aspirar es a hacerse una idea del orden de magnitud de la energía liberada. Por lo visto, sí es cierto que equivale a centenares de toneladas de TNT.

[JCB]

Hola a tod@s.

Muy agradecido por vuestras aportaciones.

¿Esa sería la energía liberada en forma de calor? ¿Alguna posibilidad de al menos estimar la energía liberada debida al rápido cambio de una sustancia sólida a una masa gaseosa?

Saludos,
$\mathcal A \ell$

Como tú dices, Al2000, al tratarse de una reacción exotérmica, es el calor desprendido durante la reacción. Si los cálculos parten de la entalpía de formación de los compuestos, y tienen en cuenta a su estado, entiendo que esa es la energía liberada total, como indica teclado.

… / …
Lo que me llama la atención es que ese kilotón rivaliza con una explosión nuclear pequeña, pero ¿es la misma la velocidad a la que se libera toda esa energía?

Si te refieres a la velocidad (o tiempo) de reacción, desconozco como poder hacer alguna estimación. Intentaré averiguar algo al respecto.

Pero la tremenda nube roja parece indicar que buena parte de la reacción fue por otro camino: óxidos de nitrógeno (sobre todo dióxido, que sería el responsable de la nube roja) y agua.
... / ...

En la Wikipedia (española e inglesa), también aparece otra descomposición térmica del nitrato de amonio, pero al indicar en la inglesa que una se produce a temperatura más elevada, es la que utilicé. La reacción de esta descomposición a menos temperatura, es la siguiente:

$NH_4NO_3(s)\longrightarrow2H_2O(g)+N_2O(g)$.

Pero sigue sin aparecer el causante de la nube roja $(NO_2)$.

Saludos cordiales,
JCB.

[Richard R Richard]

Pero sigue sin aparecer el causante de la nube roja $(NO_2)$.

Saludos cordiales,
JCB.

En la pàgina que citas (https://en.wikipedia.org/wiki/Ammonium_nitrate) lineas mas abajo te dice que el $NO_2$ es un producto secundario, no el principal de la reacciòn.
Las explosiones atómicas, alcanzan millones de grados en nanosegundos, en cambio las químicas están la mayorìa en el rango del micro al milisegundo,
Un calculo a ojo de buen cubero el estallido crea 5000000 de$m^3$ de gases en CNPT pero debido al calor generado expanden mas de 10 veces su volumen, algo así como una semiesfera 500m de diámetro de gases se expanden en ese tiempo, la velocidad es superior a la del sonido, la resistencia del aire la frena , pero mientras se expande crea la onda expansiva que sigue curso , como perturbaciòn del medio, que avanza hasta que se disipa por la fricción con lo que halle a su paso.
La diferencia con una atómica de 1 KTN es que la atómica , aparte de crear mayor temperatura, (que expande el volumen del aire miles de veces respecto a CNPT) ,emite PEMs, entre el gamma y el infrarrojo y ademas radia o dispersa subproductos radiactivos.

[JCB]

En cuanto al NO2, lo cierto es que no me fijé, a pesar de tener activado el traductor: mis ojos se fueron directos a las ecuaciones químicas. Lo otro, lo estudiaré con detenimiento. Gracias Richard.

[Alriga]

...En concreto, intento evaluar la energía liberada por la explosión de las 2.750 toneladas de nitrato de amonio...

$117,66\ kJ/mol\dfrac{1\ mol}{80,04\ g}\dfrac{1.000\ g}{1\ kg}2.750.000\ kg\dfrac{1.000\ J}{1\ kJ}\dfrac{1\ t\ \text{TNT}}{4,184\cdot10^9\ J}=966\ t\ \text{TNT}$

Hoy he visto un vídeo en el que un físico calcula esa energía analizando la evolución de las imágenes de la explosión y me ha parecido muy interesante, lo comparto, adelanto que el orden de magnitud que él obtiene es similar al calculado por JCB aquí.

En ese vídeo alude varias veces a un cálculo anterior que él había hecho de la energía de la bomba atómica del "Ensayo Trinity" en el desierto de Nuevo Mexico en julio de 1945, este de abajo es el vídeo:

Saludos.

Bibliografía:

The Formation of a Blast Wave by a Very Intense Explosion. I. Theoretical Discussion (Geoffrey Taylor)

The Formation of a Blast Wave by a Very Intense Explosion. II. The Atomic Explosion of 1945 (Geoffrey Taylor)

[JCB]

Hola a tod@s.

Gracias Alriga.

Así que pueda, también leeré la bibliografía.

Aunque tenga poca repercusión sobre el valor calculado, quisiera comentar el equivalente de 1 kilotón de TNT. Según la Wikipedia (https://es.wikipedia.org/wiki/Equivalencia_en_TNT), $1\ kt=4,184\cdot10^{12}\ J$, en cambio en el video aparece otra equivalencia, en concreto $1\ kt=4,25\cdot10^{12}\ J$. ¿ Se conoce el motivo ?.

Saludos cordiales,
JCB.

[Alriga]

Aunque tenga poca repercusión sobre el valor calculado, quisiera comentar el equivalente de 1 kilotón de TNT. Según la Wikipedia (https://es.wikipedia.org/wiki/Equivalencia_en_TNT), $1\ kt=4,184\cdot10^{12}\ J$, en cambio en el video aparece otra equivalencia, en concreto $1\ kt=4,25\cdot10^{12}\ J$. ¿ Se conoce el motivo ?.

Creo que el físico autor de los vídeos "copia" un error del paper The Formation of a Blast Wave by a Very Intense Explosion. II. The Atomic Explosion of 1945 (Geoffrey Taylor) que en su página 180 dice, entiendo que erróneamente:

"Taking 1 g. of T.N.T. as liberating 1000 calories or $\boldsymbol{4.18} \times 10^{10}$ ergs, 1 ton will liberate $\boldsymbol{4.25} \times 10^{16}$ ergs. The T.N.T. equivalents found by dividing the figures given in line 5 of table 3 by $4.25 \times 10^{16}$ are given in line 6"

Observa que 4.18 se convierte en 4.25 sin ningún motivo.

Saludos.

[Richard R Richard]

Hola una cosa es la unidad kiloton que entiendo saben cuanto vale por el enlace que han pasado pero otra es la energía que liberan 1000000 de kilogramos de TNT , no es exactamente la unidad, esto no lo justifica porque aquí estamos en presencia de un error grosero

$4.184J\equiv 1cal \equiv \notcien{1.0006692160612}{-12} kT$ para ser mas exactos $1 kT\equiv \notcien{4,181}{12}J$ no $\notcien{4.25}{12}J$