【化学】レバノンの爆発事故が、あれほど破壊的な規模になった硝酸アンモニウムの化学的メカニズム [しじみ★]

しじみ ★

レバノンの首都ベイルートで発生した大爆発は、多くの犠牲者と負傷者を出す大惨事となった。不適切に管理されていた大量の硝酸アンモニウムに引火したことが原因と考えられているが、なぜあそこまで破壊的な大爆発につながったのだろうか？化学の専門家たちによると、どうやら硝酸アンモニウムの化学的な特性に起因するようだ。

レバノンの首都ベイルートで8月4日午後6時ごろ（現地時間）に発生した倉庫火災は大爆発を引き起こし、超音速の爆風がベイルートの街全体を駆け抜けた。映像を見ると、港に近い倉庫で発生した火災に続いて大きな白いキノコ雲が勢いよく立ち上がり、爆発の衝撃波で通りが焼き焦げ、建物は倒壊し、車や人が吹き飛ばされ、窓ガラスが砕け散った。この爆風は10km先まで及んでいる。

記事の公開時点で少なくとも135人の死亡が確認され、4,000人以上が負傷している。なぜこのような爆発が起きたのか。そして、なぜこれほどの大爆発となったのだろうか。

■燃料と酸化剤の両方の特性

今回の大規模な爆発の原因となったのは硝酸アンモニウムだと考えられている。硝酸アンモニウムは、農業用肥料や鉱山で使われる爆薬の原料として使われることが多い化学物質だ。レバノンのミシェル・アウン大統領によると、爆発現場の港湾倉庫には2,750トンの硝酸アンモニウムが安全対策が不十分なまま6年にわたり保管されていた。爆発の威力は凄まじく、200km離れたキプロス島でも感じられたほどだった。

硝酸アンモニウムへの引火の原因はまだ不明だが、港湾倉庫の火災が硝酸アンモニウムに引火して爆発を引き起こした可能性が最も高い。硝酸アンモニウムは比較的安定した化合物だが、170℃で融解する。ベイルートで大量の硝酸アンモニウムに引火し、続いて起きた化学反応で大きな火の玉が発生し、大爆発を引き起こしたようだ。

ユニヴァーシティ・カレッジ・ロンドンの化学教授であるアンジェラ・セッラは、硝酸アンモニウムの爆発性はその化学成分に起因するのだと指摘する。すなわち、アンモニウムは水素に似た性質があり、硝酸塩は酸素に似た性質をもつ。

「燃料と酸化剤の両方があるようなものです」と、セッラは説明する。酸化剤は炎に酸素を送り込み、その勢いを増す。「燃料と酸化剤をまとめて点火源と組み合わせれば、大きな問題になることは確実でしょうね」

■超音速の衝撃波が都市を襲った

硝酸アンモニウムの爆発は空気を急激に圧縮する。その結果、港湾倉庫から超音速の衝撃波が波紋のように広がった。衝撃波の前方は非常に高温だが、後方の温度は低く、ソニックブームの周りの空気は移動・圧縮される。「シャンパンボトルからコルクが勢いよく飛び出すと、ボトルの中に水蒸気が凝縮した霧が発生する現象と少し似ています。それとまったく同じプロセスで、非常に急激に冷却されるのです」と、セッラは説明する。

今回の爆発は核爆発以外で近年最大級の規模であると、シェフィールド大学の土木工学教授であるアンディ・ティアスは語る。ティアスとシェフィールド大学の衝撃・衝突力学研究グループの研究チームは、ベイルートの爆発を記録した多数の動画と画像を分析し、爆発を引き起こした爆薬の量を推定した。この結果、爆発はトリニトロトルエン（TNT）火薬換算で約1,000〜1,500トンに相当するとみられている。広島に投下された原爆の10分の1の威力だ。

しかし、なぜこれほどの大爆発になったのだろうか。それには複数の要因が組み合わさっている。要因のひとつは硝酸アンモニウムの量の多さ、もうひとつは不適切に港湾倉庫に保管されていた期間だ。

https://wired.jp/app/uploads/2020/08/08093631/aflo_141953172-main-e1596847101399_w1920.webp

続きはソースで

Beirut explosion: footage shows massive blast shaking Lebanon's capital
https://youtu.be/93tV6-0Ugwk

https://wired.jp/2020/08/08/beirut-port-explosion-physics/