질산 암모늄(Ammonium nitrate)은 화학식 NH₄NO₃로 표시되는 무기 화합물이다. IUPAC 명칭은 ammonium nitrate이며, CAS 등록번호는 6484-52-2이다. 분자량은 80.04 g/mol이다.
물리화학적 성질
상온에서 무색·무취의 백색 결정성 고체로 존재한다. 밀도는 약 1.72 g/cm³이며, 녹는점은 약 169~170°C, 끓는점은 약 210°C이다. 흡습성이 강하여 공기 중의 수분을 쉽게 흡수하며, 물에 대한 용해도가 매우 높아 20°C에서 물 100mL당 약 190g이 녹는다. 에탄올에도 일부 녹는다. 온도에 따라 다섯 가지의 다른 결정 구조(α, β, γ, δ, ε형)를 가지며, 상온에서는 사방정계의 β형이 안정하다. 수용액의 pH는 4.5~6.0 범위의 약산성이다.
제조 방법
질산(HNO₃)과 암모니아(NH₃) 또는 수산화암모늄(NH₄OH)의 중화 반응을 통해 제조된다. 반응식은 HNO₃ + NH₄OH → NH₄NO₃ + H₂O이다. 산업적으로는 암모니아 가스를 질산 수용액에 통과시켜 대량 생산하며, 생성된 용액을 농축하고 결정화하여 고체 질산 암모늄을 얻는다. 다른 방법으로는 질산칼슘과 황산암모늄의 이중 분해 반응(Ca(NO₃)₂ + (NH₄)₂SO₄ → 2NH₄NO₃ + CaSO₄)이 있으나, 부산물인 황산칼슘의 제거가 까다롭다.
용도
가장 주요한 용도는 질소 비료이다. 질산 암모늄은 한 분자 내에 식물이 흡수 가능한 두 형태의 질소(암모늄 이온 NH₄⁺과 질산 이온 NO₃⁻)를 모두 포함하고 있어 효율이 높다. 전 세계적으로 연간 2,000만 톤 이상이 비료로 사용된다.
폭발물 원료로도 널리 사용된다. 질산 암모늄 자체는 활성화 에너지가 높아 둔감하지만, 연료와 혼합되면 강력한 폭발물이 된다. 대표적인 혼합물로는 질산 암모늄 약 94%에 경유 약 6%를 혼합한 ANFO(Ammonium Nitrate and Fuel Oil)가 있으며, 채석장, 광산, 토목 공사 등에서 널리 사용된다. 니트로메탄을 혼합한 ANNM, 알루미늄 분말을 추가한 ANNMAL, 하이드라진을 혼합한 애스트로라이트(Astrolite) 등의 변형이 있다.
물에 용해될 때 강한 흡열 반응을 일으키는 성질을 이용하여 일회용 냉각팩이나 아이스팩의 냉각제로도 사용된다. 그 외에도 살충제, 녹 방지제, 불꽃 제조, 효모 배양, 아산화질소(N₂O, 마취제) 생산 원료 등에 사용된다.
안전성 및 규제
질산 암모늄은 강한 산화제로, 가연성 물질과 접촉하거나 밀폐된 공간에서 가열될 경우 폭발할 위험이 있다. 가열 시 분해되어 아산화질소(N₂O)와 수증기(H₂O)를 생성하며, 약 210°C 이상에서 급격히 분해한다. 대한민국 위험물안전관리법상 제1류 위험물(산화성 고체)로 분류되며, 지정 수량은 300kg이다. 화학물질관리법상 사고대비물질로 지정되어 있다. UN 번호는 UN1942(산화성 물질, 등급 5.1) 및 UN0222(폭발성 물질, 등급 1.1D)로 구분된다.
관련 사고
질산 암모늄의 대량 폭발로 인한 주요 사고로는 1947년 미국 텍사스 시티 폭발 사고, 2004년 북한 룡천역 열차 폭발 사고, 2013년 미국 웨스트 비료공장 폭발 사고, 2015년 중국 톈진 항구 폭발 사고, 2020년 레바논 베이루트 항구 폭발 사고 등이 있다. 또한 1995년 미국 오클라호마 폭탄 테러, 2011년 노르웨이 연쇄 테러 등 테러 목적으로 악용된 사례도 있다.
