Trinitrotoluène

Masse molaire

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Trinitrotoluène
Généralités
Nom	Trinitrotoluène
Autres noms	2-Méthyl-1,3,5-trinitrobenzène 2,4,6-Trinitrotoluène TNT Trotyl
Formule empirique	C7H5N3O6
Numéro CAS	118-96-7
PubChem	8376	Description sommaire	Pâle, jaune, cristaux en forme d’aiguille
Caractéristiques
227.131 g/mol
Phase	Solide	Sensibilité aux chocs	Insensible	Sensibilité au frottement	Insensible	Densité	1.654 g/cm³
Vitesse explosive	6,900 m/s
Facteur RE	1.00
Point de fusion	80,35 °C
Point d’ébullition	295 °C (décomposition)	Pression de vapeur	5.7 Pa (81 °C)
Solubilité	Bien dans l’éther, l’acétone, benzène Mauvais dans l’eau
Références en matière de sécurité
NFPA 704	4 3 4
États R/S	R : 2-23/24/25-33-51/53 S : 35-45-61
TLV	0.1 mg/m³
Sauf indication contraire, les données sont données pour des matériaux dans leur état standard (à 25 °C, 100 kPa)

Le trinitrotoluène ou TNT (formule chimique C7H5N3O6) est un explosif chimique qui a souvent été utilisé en guerre. La matière purifiée est une substance jaune, cristalline et très toxique. Son nom officiel est 2-méthyl-1,3,5-trinitrobenzène, conformément à la nomenclature de l’Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA). Synthétisé pour la première fois par Joseph Wilbrand en 1863, sa production à grande échelle a débuté en Allemagne en 1891. Le rendement explosif du TNT est considéré comme la mesure standard de la puissance des bombes et autres explosifs (voir équivalent TNT ci-dessous).

Histoire

Le TNT a été fabriqué pour la première fois en 1863 par le chimiste allemand Joseph Wilbrand, mais son potentiel en tant qu’explosif n’a pas été reconnu pendant plusieurs années, principalement parce qu’il était si difficile à détoner et moins puissant que d’autres explosifs. Ainsi, en 1910, il était exempté de la loi britannique de 1875 sur les explosifs, c’est-à-dire qu’il n’était pas réellement considéré comme un explosif à des fins de fabrication et de stockage. L’un de ses avantages, cependant, est sa capacité à être fondu en toute sécurité à l’aide de vapeur ou d’eau chaude, ce qui permet de le verser à l’état fondu dans des douilles. (C’est ainsi que les combattants vietnamiens ont fabriqué leurs mines à partir d’obus américains pendant la guerre du Vietnam.)

Les forces armées allemandes l’ont adopté comme remplissage d’obus d’artillerie en 1902. Pendant la Première Guerre mondiale, la marine allemande avait l’avantage particulier de pouvoir faire exploser ses obus perforants remplis de TNT après qu’ils aient pénétré dans le blindage des navires capitaux britanniques. En revanche, les obus britanniques remplis de lyddite avaient tendance à exploser dès qu’ils touchaient le blindage allemand, dépensant ainsi une grande partie de leur énergie à l’extérieur du navire. Les Britanniques ont progressivement commencé à l’utiliser en remplacement de la lyddite en 1907.

En raison de la demande insatiable d’explosifs pendant la Seconde Guerre mondiale, le TNT était fréquemment mélangé à 40 à 80 % de nitrate d’ammonium, produisant un explosif appelé amatol. Bien que presque aussi puissant que le TNT (et beaucoup moins coûteux), l’amatol présentait le léger inconvénient d’être hygroscopique (susceptible d’absorber l’humidité de l’air). Une autre variante appelée minol, composée d’amatol mélangé à environ 20 % de poudre d’aluminium, était utilisée par les Britanniques dans les mines et les grenades sous-marines. Bien que des blocs de TNT pur soient disponibles en différentes tailles (comme 250 g, 500 g et 1 kg), on le rencontre plus souvent dans les mélanges explosifs qui comprennent un pourcentage variable de TNT plus d’autres ingrédients, comme le torpex, le tritonal, la pentolite et la composition B.

Synthèse

Le trinitrotoluène est synthétisé selon une procédure par étapes. Tout d’abord, le toluène est nitré avec un mélange d’acides sulfurique et nitrique. Même les mélanges d’acides à concentration relativement faible sont capables d’ajouter un ou deux groupes nitro (NO2) au cycle toluène, produisant du mono- et du dinitrotoluène. Les groupes nitro diminuent drastiquement la réactivité du toluène (car ce sont des groupes  » attracteurs d’électrons « ).

Lors de l’étape suivante, le mono- et le dinitrotoluène sont entièrement nitrés avec un mélange d’acide nitrique et d’oléum (acide sulfurique avec jusqu’à 60 % de trioxyde de soufre (SO3) dissous). Ce mélange est beaucoup plus réactif et est capable d’introduire le dernier (troisième) groupe nitro sur le cycle. L’acide résiduel de ce procédé est utilisé pour la première étape de la réaction dans la synthèse industrielle.

Caractéristiques

Le trinitrotoluène se présente sous la forme de cristaux jaune pâle en forme d’aiguille et peut être distillé sous vide. Il est difficile de dissoudre le TNT dans l’eau ; il est plus soluble dans l’éther, l’acétone, le benzène et la pyridine. Avec son faible point de fusion de 80,35 °C, le TNT peut être fondu à la vapeur et versé dans des récipients. Le TNT est toxique et le contact avec la peau peut provoquer des réactions allergiques, entraînant une coloration jaune-orange vif de la peau.

• Solubilité dans l’eau : 130 mg/L à 20 °C
• Pression de la vapeur à 20 °C : 150 à 600 Pa

• Vitesse de détonation : 6700-7000 m/s 6900 m/s (densité : 1,6 g/cm³)
• Test de blocage du plomb : 300 ml/10 g
• Sensibilité à l’impact : 15 newton mètre (N-m) (1,5 kilopound (kp)-mètre (m))
• Sensibilité au frottement : jusqu’à 353 N (36 kp) aucune réaction

Toxicité

Certains terrains d’essais militaires sont contaminés par le TNT. Les eaux usées des programmes de munitions (y compris les eaux de surface et les eaux souterraines contaminées peuvent être colorées en rose en raison de la contamination par le TNT et le RDX. Une telle contamination, appelée pinkwater, peut être difficile et coûteuse à corriger.

Le TNT est assez toxique. Il peut également être absorbé par la peau, et provoquera une irritation et une coloration jaune vif. Pendant la Première Guerre mondiale, les ouvriers des munitions qui ont manipulé ce produit chimique ont constaté que leur peau devenait jaune vif. Cela a donné lieu au surnom de « filles canaris » ou simplement « canaris » pour décrire ces travailleurs. Le TNT pouvait également faire virer les cheveux roux au vert. Une enquête menée par le gouvernement britannique en 1916 sur les ouvrières du Royal Arsenal de Woolwich a révélé que 37 % d’entre elles souffraient de douleurs sévères dues à la perte d’appétit, à la nausée et à la constipation, que 25 % souffraient de dermatite et que 34 % subissaient des changements dans leurs menstruations. Avant l’introduction de respirateurs et de graisse protectrice appliquée sur la peau, une centaine de travailleurs sont morts de la maladie.

Les personnes exposées au trinitrotoluène sur une période prolongée ont tendance à souffrir d’anémie et d’anomalies des fonctions hépatiques. Des effets sur le sang et le foie, une hypertrophie de la rate et d’autres effets nocifs sur le système immunitaire ont également été constatés chez les animaux qui ont ingéré ou respiré du trinitrotoluène. Il existe des preuves que le TNT a un effet négatif sur la fertilité masculine, et le TNT est répertorié comme un agent cancérigène possible pour l’homme. La consommation de TNT produit une urine noire.

Equivalent TNT

L’équivalent TNT est une unité d’énergie couramment utilisée pour quantifier de grandes quantités d’énergie. Une tonne de TNT libère 4,184×109 joules lors de l’explosion, donc une kilotonne de TNT correspond à 4,184×1012 joules, et une mégatonne de TNT correspond à 4,184×1015 joules.

Une mégatonne est une grande quantité d’énergie. La première bombe atomique larguée sur Hiroshima le 6 août 1945 a explosé avec l’énergie d’environ 20 kilotonnes de TNT (~8,4×1013 joules).

Les ogives nucléaires actuelles des stocks russes et américains ont des rendements allant de 100 kt à 20 Mt équivalent TNT. La plus grosse bombe jamais larguée, la Tsar Bomba, avait un rendement d’environ 50 Mt.

Environ une Mt équivalent explosée au sol ou légèrement au-dessus du sol crée un cratère d’environ 0,3 miles (0.5 km) de diamètre et nivelle pratiquement tout dans un rayon de quelques miles ou kilomètres.

Voir aussi

• dynamite
• explosif

• Akhavan, J. 2004. La chimie des explosifs, 2e édition. Cambridge, Royaume-Uni : The Royal Society of Chemistry. ISBN 0854046402
• Cooper, Paul W., et Stanley R. Kurowski. 1996. Introduction à la technologie des explosifs. New York, NY : Wiley-VCH. ISBN 047118635X
• Cooper, Paul W. 1996. Explosives Engineering. New York, NY : Wiley-VCH. ISBN 0471186368
• Meyer, Rudolf, Joseph Kohler, et Axel Homburg. 2002. Explosifs, 5ème édition révisée. New York, NY : Wiley-VCH. ISBN 3527302670