Trinitrotolueen

Andere Namen

Shock sensitivity

Trinitrotolueen
Algemeen
Naam	Trinitrotolueen
2-Methyl-1,3,5-trinitrobenzeen 2,4,6-Trinitrotolueen TNT Trotyl
Ompirische formule	C7H5N3O6
CAS-nummer	118-96-7
PubChem	8376
Korte beschrijving	Pale, gele, naaldvormige kristallen
Karakteristieken
Molaire massa	227.131 g/mol
Fase	Vast
Insensitive
Friction sensitivity	Insensitive
Density	1.654 g/cm³
Explosieve snelheid	6.900 m/s
RE factor	1.00
Smeltpunt	80,35 °C
Kookpunt	295 °C (ontleding)
Dampdruk	5.7 Pa (81 °C)
Oplosbaarheid	Goed in ether, aceton, benzeen Slecht in water
Veiligheidsreferenties
NFPA 704	4 3 4
R/S-overzichten	R: 2-23/24/25-33-51/53 S: 35-45-61
TLV	0.1 mg/m³
Behoudens andersluidende vermelding worden de gegevens gegeven voor stoffen in hun standaardtoestand (bij 25 °C, 100 kPa)

Trinitrotolueen of TNT (chemische formule C7H5N3O6) is een chemisch explosief dat vaak in de oorlogsvoering is gebruikt. Het gezuiverde materiaal is een gele, kristallijne stof en is zeer giftig. De formele naam is 2-methyl-1,3,5-trinitrobenzeen, in overeenstemming met de nomenclatuur van de Internationale Unie voor Zuivere en Toegepaste Chemie (IUPAC). Het werd voor het eerst gesynthetiseerd door Joseph Wilbrand in 1863 en de productie op grote schaal begon in Duitsland in 1891. Het explosief rendement van TNT wordt beschouwd als de standaard maat voor de sterkte van bommen en andere explosieven (zie TNT equivalent hieronder).

Geschiedenis

TNT werd voor het eerst gemaakt in 1863 door de Duitse chemicus Joseph Wilbrand, maar zijn potentieel als explosief werd niet erkend voor meerdere jaren, vooral omdat het zo moeilijk tot ontploffing te brengen was en minder krachtig dan andere explosieven. Zo werd het in 1910 vrijgesteld van de Britse Explosievenwet van 1875, dat wil zeggen dat het niet als explosief werd beschouwd voor fabricage- en opslagdoeleinden. Een van de voordelen is echter dat het veilig kan worden gesmolten met stoom of heet water, zodat het gesmolten in granaathulzen kan worden gegoten. (Zo maakten Vietnamese strijders tijdens de Vietnam-oorlog hun mijnen van Amerikaanse granaten.)

De Duitse strijdkrachten gebruikten het in 1902 als vulling voor artilleriegranaten. Tijdens de Eerste Wereldoorlog had de Duitse marine het bijzondere voordeel dat zij haar met TNT gevulde pantserdoorborende granaten tot ontploffing kon brengen nadat deze door het pantser van Britse kapitale schepen waren gedrongen. De Britse met lyddiet gevulde granaten daarentegen hadden de neiging te ontploffen zodra zij het Duitse pantser raakten, waardoor een groot deel van hun energie buiten het schip terechtkwam. De Britten begonnen het geleidelijk te gebruiken als vervanging voor lyddiet in 1907.

Omwille van de onverzadigbare vraag naar explosieven tijdens de Tweede Wereldoorlog, werd TNT vaak gemengd met 40 tot 80 procent ammoniumnitraat, waardoor een explosief ontstond dat amatol werd genoemd. Hoewel bijna even krachtig als TNT (en veel minder duur), had amatol het kleine nadeel dat het hygroscopisch was (geneigd om vocht uit de lucht op te nemen). Een andere variant, minol genaamd, bestaande uit amatol gemengd met ongeveer 20 procent aluminiumpoeder, werd door de Britten gebruikt in mijnen en dieptebommen. Hoewel blokken zuiver TNT verkrijgbaar zijn in verschillende maten (zoals 250 g, 500 g, en 1 kg) wordt het meer aangetroffen in explosieve mengsels die bestaan uit een variabel percentage TNT plus andere ingrediënten, zoals torpex, tritonal, pentoliet, en samenstelling B.

Synthese

Trinitrotolueen wordt gesynthetiseerd in een stapsgewijze procedure. Eerst wordt tolueen genitreerd met een mengsel van zwavelzuur en salpeterzuur. Zelfs zuurmengsels met een betrekkelijk lage concentratie zijn in staat één of twee nitrogroepen (NO2) aan de tolueenring toe te voegen, waardoor mono- en dinitrotolueen ontstaat. De nitrogroepen verminderen de reactiviteit van tolueen drastisch (omdat het “elektrononttrekkende” groepen zijn).

In de volgende fase worden het mono- en dinitrotolueen volledig genitreerd met een mengsel van salpeterzuur en oleum (zwavelzuur met tot 60% opgelost zwaveltrioxide (SO3)). Dit mengsel is veel reactiever en is in staat om de laatste (derde) nitrogroep aan de ring te introduceren. Het afvalzuur van dit proces wordt gebruikt voor de eerste stap van de reactie in industriële synthese.

Karakteristieken

Trinitrotolueen heeft de vorm van lichtgele, naaldvormige kristallen en kan in vacuüm worden gedestilleerd. TNT is moeilijk oplosbaar in water; het is beter oplosbaar in ether, aceton, benzeen en pyridine. Met zijn lage smeltpunt van 80,35 °C kan TNT in stoom worden gesmolten en in houders worden gegoten. TNT is giftig en huidcontact kan allergische reacties veroorzaken, waardoor de huid een fel geeloranje kleur krijgt.

• Wateroplosbaarheid: 130 mg/L bij 20 °C
• Stoomdruk bij 20 °C: 150 tot 600 Pa

• Detonatiesnelheid: 6700-7000 m/s 6900 m/s (dichtheid: 1,6 g/cm³)
• Loodbloktest: 300 ml/10 g
• Slaggevoeligheid: 15 newtonmeter (N-m) (1,5 kilopond (kp)-meter (m))
• Wrijvingsgevoeligheid: tot 353 N (36 kp) geen reactie

Toxiciteit

Sommige militaire testterreinen zijn verontreinigd met TNT. Afvalwater van munitieprogramma’s (inclusief verontreinigd oppervlaktewater en grondwater) kan roze gekleurd zijn als gevolg van verontreiniging met TNT en RDX. Dergelijke verontreiniging, roze water genoemd, kan moeilijk en duur te verhelpen zijn.

TNT is behoorlijk giftig. Het kan ook door de huid worden opgenomen, en veroorzaakt irritatie en felgele vlekken. Tijdens de Eerste Wereldoorlog ontdekten munitiearbeiders die met de chemische stof werkten dat hun huid heldergeel werd. Dat leidde tot de bijnaam “kanariepietjes” of gewoon “kanariepietjes” om die arbeiders aan te duiden. TNT zou uiteindelijk ook rossig haar groen doen uitslaan. Een onderzoek van de Britse regering uit 1916 naar vrouwelijke arbeiders in het Royal Arsenal, Woolwich, wees uit dat 37 procent ernstige pijnen had door verlies van eetlust, misselijkheid en constipatie; 25 procent leed aan dermatitis; en 34 procent ondervond veranderingen in de menstruatie. Voordat ademhalingstoestellen en beschermend vet op de huid werden ingevoerd, stierven ongeveer 100 werknemers aan de ziekte.

Mensen die langdurig aan trinitrotolueen werden blootgesteld, krijgen vaak bloedarmoede en abnormale leverfuncties. Bloed- en levereffecten, miltvergroting en andere schadelijke effecten op het immuunsysteem zijn ook aangetroffen bij dieren die trinitrotolueen hebben ingenomen of ingeademd. Er zijn aanwijzingen dat TNT de mannelijke vruchtbaarheid nadelig beïnvloedt, en TNT staat op de lijst van mogelijke kankerverwekkende stoffen voor de mens. De consumptie van TNT veroorzaakt zwarte urine.

TNT-equivalent

TNT-equivalent is een energie-eenheid die gewoonlijk wordt gebruikt om grote hoeveelheden energie te kwantificeren. Bij een ton TNT komt bij explosie 4,184×109 joule vrij, dus een kiloton TNT is 4,184×1012 joule, en een megaton TNT is 4,184×1015 joule.

Een megaton is een grote hoeveelheid energie. De eerste atoombom op Hiroshima, op 6 augustus 1945, ontplofte met de energie van ongeveer 20 kiloton TNT (~8,4×1013 joule).

De huidige kernkoppen in Russische en Amerikaanse voorraden variëren in energie van 100 kt tot 20 Mt TNT-equivalent. De grootste bom ooit afgeworpen, de Tsar Bomba, had een opbrengst van ongeveer 50 Mt.

Bijna één Mt equivalent dat op de grond of iets boven de grond explodeert, creëert een krater van ongeveer 0,3 mijl (0.5 km) in diameter en legt vrijwel alles in een straal van enkele mijlen of kilometers plat.

Zie ook

• dynamiet
• explosief

• Akhavan, J. 2004. The Chemistry of Explosives, 2e editie. Cambridge, UK: The Royal Society of Chemistry. ISBN 0854046402
• Cooper, Paul W., and Stanley R. Kurowski. 1996. Inleiding tot de technologie van explosieven. New York, NY: Wiley-VCH. ISBN 047118635X
• Cooper, Paul W. 1996. Explosives Engineering. New York, NY: Wiley-VCH. ISBN 0471186368
• Meyer, Rudolf, Joseph Kohler, and Axel Homburg. 2002. Explosieven, 5e herziene editie. New York, NY: Wiley-VCH. ISBN 3527302670