Wielka pomarańczowa chmura

Wiadomość jaką zobaczyłem właśnie w portalach informacyjnych jest tak nietypowa, że muszę o tym napisać.

Nad ranem w zakładach chemicznych na obrzeżach miasta Igualada, w Hiszpanii (region autonomiczny Katalonia) doszło do nietypowego wypadku - prawdopodobnie pomyłka przy przenoszeniu chemikaliów z pojemnika do pojemnika doprowadziła do eksplozji i wytworzenia wielkiej pomarańczowej chmury, która rozeszła się nisko nad miastem. Wygląda to doprawdy apokaliptycznie:

 

Sądząc po tym jak rozchodzi się chmura, w okolicy musi występować inwersja temperatur - powietrze w warstwie nad ziemią jest chłodniejsze niż warstwy wyższe. Ponieważ powietrze cieplejsze ma mniejsza gęstość, zaś unoszenie oparów polega na wypieraniu mniej gęstego powietrza nad bardziej gęste, chłodniejsze, inwersja temperatur powoduje że wszelkie dymy i opary zatrzymują się na pewnej wysokości, tam gdzie przebiega granica między masami powietrza, nie mogąc unieść się wyżej w ciepłym powietrzu górnej warstwy. Właśnie to zjawisko powoduje powstawanie smogu nad miastami, który wieczorem obejmuje warstwę kilkudziesięciu metrów przy powierzchni, nad którą sięgają szczyty wieżowców. Jest szczególnie dotkliwe gdy miasto znajduje się w kotlinie między wzgórzami a wiatr jest słaby - czego przykładem choćby strasznie zasmożony Kraków.

W przypadku  Igualady na zdjęciach widać podobną sytuację:

 

Ale czemu piszę o tym na blogu chemicznym?
Jak podają media, do wypadku doszło po zmieszaniu kwasu azotowego z chlorkiem żelaza. W takiej sytuacji dla chemika oczywiste powinno być, że gazem jest dwutlenek azotu, będący bardzo toksycznym gazem.
Kwas azotowy, będący utleniaczem, reaguje z chlorkiem żelaza II będącym reduktorem. Żelazo II utlenia się do żelaza III, część jonów azotanowych V redukuje się do tlenku azotu II, stąd proste równanie:

3 FeCl₂ +  10 HNO₃ → 3 Fe(NO₃)₃ + 2 H₂O + NO + 6 HCl

Tlenek azotu II jest gazem bardzo nietrwałym - w zasadzie jest to obojętny rodnik z jednym niesparowanym elektronem Natychmiast więc po zmieszaniu z powietrzem reaguje z tlenem i utlenia się do dwutlenku azotu:

2 NO + O
2 → 2 NO
2

Który jednak nadal jest gazem bezbarwnym.
Ten jednak w takiej formie nadal nie jest gazem trwałym - bardzo chętnie zamienia się w dimer, nazywany tetratlenkiem diazotu IV, i to właśnie ten gaz ma pomarańczowo-brunatny kolor:

2 NO
2 N
2O
4

Równanie zawiera charakterystyczny znak przeciwnie skierowanych strzałek. Oznacza to, że mamy do czynienia z pewną równowagą. Im niższa temperatura, tym chętniej związek występuje w formie dimeru, im wyższa tym łatwiej rozpada się na monomer i tym więcej jest w nim formy pojedynczej, co pięknie pokazuje ten przykład:

Tlenek Azotu IV w różnych temperaturach. Od lewej: +50 °C, +35 °C,+ 25 °C, 0 C, -196 °C

Równowaga między tymi formami chętnie jest prezentowana w szkołach, tutaj bowiem zależność równowagi od temperatury widać naocznie.

Zatem po zmieszaniu chemikaliów zaszły trzy reakcje jedna po drugiej, a uwolniony gaz wypłynął nad miasto. I tak oto powstała brązowa chmura.

Czy jest groźna?
Dwutlenek azotu stanowi gaz toksyczny, duszący i podrażniający błony śluzowe. Wiąże się to z faktem, iż rozpuszczając się w wodzie tworzy mieszaninę kwasów azotowego V i azotowego III, i właśnie następowanie tego procesu w wilgoci naszych oczu i płuc powoduje szkodliwe skutki.
Miejmy nadzieję że wiatr z czasem rozwieje chmurę. Na razie najnowsze zdjęcia pokazują jak powoli rozpełza się na okolicę:

 

Najlepszą sytuacją byłoby rozwianie oparu przez wiatr. Mocniejszy deszcz też byłby dobry bo szybko oczyściłby atmosferę a kwasy by się rozcieńczyły. Najgorsza byłaby mgła albo mżawka, wtedy powstawałyby małe bardzo kwaśne kropelki opadające na ziemię i działające korozyjnie i podrażniająco.

Postsciptum
Pomarańczowa chmura ostatecznie została rozwiana, poza podrażnieniami oczu nie wywołała większych szkód. Wedle ostatnich oświadczeń firmy chemicznej, do wypadku doszło gdy kwas azotowy został wlany do kilkuset litrowego pojemnika z kwasem mrówkowym. Kwas mrówkowy także jest reduktorem, a reakcja między tymi substancjami powoduje wydzielenie dużej ilości ciepła, dwutlenku węgla i tlenków azotu.
 Dokładnie identyczny przypadek zdarzył się w 1988 roku we Włoszech, gdzie kwas azotowy wlano do cysterny zawierającej kwas mrówkowy, będący zapewne pozostałością środka czyszczącego. W tamtym przypadku zawory cysterny zakręcono. Wzrost temperatury i wydzielanie się gazów spowodowały eksplozję, która rozsadziła cysternę i odrzuciła na dużą odległość fragmenty konstrukcji. Wybuch i poparzenie gorącym kwasem spowodowały śmierć jednej osoby i poranienie 10 pracowników. Szczątki cysterny uszkodziły kilka budynków a fala uderzeniowa wybiła szyby w promieniu trzystu metrów. Uwolniona chmura tlenków azotu rozprzestrzeniła się po okolicy, udało się ją jednak częściowo zneutralizować kurtyną wodną i zepchnąć nad morze przy pomocy helikoptera.[1]

-------
[1] http://www.factsonline.nl/free-example/10257/chemical-accident-in-italy-with-nitric-acid