Wuwejův zápisník

Je amoniak lehčí nebo těžší než vzduch? aneb Kam utíkat při havárii na zimním stadionu?

26.09.2012 01:16, Wu | věda | komentáře -

Na začátku byl poslední výbuch v Pardubicích, po němž jsme s kolegou diskutovali o tom, jak by kde lidé reagovali na výstražný signál a že ve spoustě měst vlastně nic moc nehrozí. Argumentoval jsem rizikem úniku amoniaku ze zimního stadionu a postupně jsme se dostali k otázce, jestli je amoniak těžší než vzduch, nebo ne, jestli bude stoupat vzhůru a nebezpečí rychle pomine, nebo se naopak bude válet při zemi.

To jsme pochopitelně z hlavy nevěděli, ale ono by se to dalo za použití pár elementárních konstant a vzorečků snadno spočítat.

Potřebujeme porovnat hustoty, tedy hmotnosti nějakého definovaného objemu. Využijeme toho, že plyny se chovají téměř ideálně (ve fyzikálním smyslu) a za určité teploty a tlaku zabírá stejný počet molekul stejný objem, bez ohledu na chemické složení (je to jako malé vířící kuličky, poletující v určitém prostoru, bez ohledu na to, jak velké nebo těžké jsou, viz. Avogadrův zákon), objem zanedbáme a místo hustot budeme porovnávat jen hmotnosti daného počtu molekul.

Abychom si to zjednodušili ještě více, nezvolíme si náhodný počet molekul, ale 6.022 x 1023 čili Avogadrovu konstantu. Tomuto množství se říká 1 mol a má to pro nás tu výhodu, že v periodické tabulce prvků jsou uvedeny molární hmotnosti - kolik gramů váží jeden mol. Případně, pokud jste utrpěli jakékoliv chemické vzdělání, nejspíš molární hmotnosti vyškrábnete rovnou z paměti.

(přesněji řečeno jsou to relativní atomové hmotnosti a udávají kolikrát je daný atom těžší než jedna dvanáctina uhlíku C12, ale je to jen předefinování téhož)

Takže kolik váží 1 mol amoniaku? Amoniak je NH3, dusík má molární hmotnost 14, vodík 1, dohromady tedy 17 gramů.

A co vzduch? To bude trochu složitější, protože vzduch je směs různých plynů a musíme jejich molární hmotnosti vynásobit procentuálním zastoupením. To si také možná budete pamatovat ze školy, že ve vzduchu je 21% kyslíku, 78% dusíku. A že zbývající jedno procento je převážně argon najdete na internetu. Jsou to procenta objemová, tedy bychom se objemem vzduchu zabývat měli, ale jak už bylo zmíněno, u plynů je (za dané teploty a tlaku) objem daný počtem částic a objemová procenta tudíž zároveň určují procenta částicová. Takže v jednom molu vzduchu máme 0.21 molu kyslíku, 0.78 molu dusíku a 0.01 molu argonu. Molární hmotnosti jsou 2 x 16 u kyslíku, 2 x 14 u dusíku a 40 u argonu. Teď si spočítáme, kolik to celé bude vážit (0,21 x 32 + 0,78 x 28 + 0,01 x 40) a máme to. Jeden mol vzduchu váží zhruba 29 gramů.

Závěr by tedy měl být, že amoniak je dvakrát lehčí než vzduch a bude stoupat vzhůru. Jenže teorie je jedna věc a praxe druhá. Havárie na zimním stadionu znamená, že praskne nádrž nebo potrubí se stlačeným a zkapalněným bezvodým amoniakem. Za těchto podmínek vzniká amoniaková mlha, která je „těžká“, těžší než vzduch, a která stéká do níže položených míst - vyplňuje sklepy, kanály a prohlubně.

Proč? Amoniak je silně hygroskopický, vodu pohlcuje a vytváří s ní hydratovanou formu. Jakmile se dostane do styku se vzduchem, začne s vodní párou ve vzduchu obsaženou interagovat. Zároveň, protože odpařováním se okolní vzduch ochlazuje, začíná kapalina kondenzovat jako mikroskopické kapky a objevuje se mlha.

(Nevím, jestli je vysvětlení přesné, pokud někdo víte víc, prosím o připsání komentáře.)

Ze zdrojů doporučuji zejména příspěvek Hung-Ming Sunga a Johna G. Wheelera (pdf) na konferenci organizace „Air & Waste Management Association“ v roce 1997 o únicích amoniaku při nehodách.

Abych ještě odpověděl na otázku z názvu článku - při havárii na zimním stadionu je třeba utíkat daleko od mlžného oblaku a pokud možno někam nahoru, určitě ne do suterénu ve vedlejším domě.

Použité zdroje:

12345
1348614960000

Informace

Google search

Kategorie

Sledujte také

Archiv

STRÁNKY ARCHIVOVÁNY NÁRODNÍ KNIHOVNOU ČR

CBDB.cz – Databáze knih a spisovatelů, knihy online