Trinitrotoluene (Polski)

Trinitrotoluene
Ogólne
Nazwa	Trinitrotoluen
Inne nazwy	2-Metylo-1,3,5-trinitrobenzen 2,4,6-trinitrotoluen TNT Trotyl
Wzór empiryczny	C7H5N3O6
Numer CAS	118-96-7
PubChem	8376
Krótki opis	Blade, żółte, igiełkowate kryształy
Charakterystyka
Masa molowa	227.131 g/mol
Faza	Solid
Wrażliwość na wstrząsy	Nieczułe
Wrażliwość na tarcie	Nieczułe
Gęstość	1.654 g/cm³
Prędkość eksplozji	6,900 m/s
WspółczynnikRE	1.00
Kolejność topnienia	80,35 °C
Kolejność wrzenia	295 °C (rozkład)
Ciśnienie pary	5.7 Pa (81 °C)
Rozpuszczalność	Dobrze w eterze, acetonie, benzen Zły w wodzie
Podstawy bezpieczeństwa
NFPA 704	4 3 4
Oświadczenia R/S	R: 2-23/24/25-33-51/53 S: 35-45-61
TLV	0.1 mg/m³
Jeśli nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (w temp. 25 °C, 100 kPa)

Trinitrotoluen lub TNT (wzór chemiczny C7H5N3O6) jest chemicznym materiałem wybuchowym, który często był wykorzystywany w działaniach wojennych. Oczyszczony materiał jest żółtą, krystaliczną substancją i jest bardzo toksyczny. Jego formalna nazwa to 2-metylo-1,3,5-trinitrobenzen, zgodnie z nomenklaturą Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC). Po raz pierwszy został zsyntetyzowany przez Josepha Wilbranda w 1863 roku, a jego produkcja na dużą skalę rozpoczęła się w Niemczech w 1891 roku. Wydajność wybuchowa trotylu jest uznawana za standardową miarę siły bomb i innych materiałów wybuchowych (patrz odpowiednik trotylu poniżej).

Historia

TNT został po raz pierwszy wyprodukowany w 1863 r. przez niemieckiego chemika Josepha Wilbranda, ale jego potencjał jako materiału wybuchowego nie został dostrzeżony przez kilka lat, głównie dlatego, że był tak trudny do zdetonowania i mniej silny niż inne materiały wybuchowe. Na przykład w 1910 r. został wyłączony z brytyjskiej ustawy o materiałach wybuchowych z 1875 r., czyli nie został uznany za materiał wybuchowy do celów produkcji i przechowywania. Wśród jego zalet jest jednak możliwość bezpiecznego stopienia przy użyciu pary lub gorącej wody, co pozwala na wlewanie go w postaci stopionej do skrzyń z pociskami. (W ten sposób wietnamscy bojownicy zrobili swoje miny z amerykańskich muszli podczas wojny w Wietnamie.)

Niemieckie siły zbrojne przyjęły go jako wypełnienie muszli artyleryjskiej w 1902 roku. Podczas I wojny światowej niemiecka marynarka wojenna miała tę szczególną przewagę, że mogła detonować swoje pociski przeciwpancerne wypełnione trotylem po tym, jak przebiły pancerz brytyjskich okrętów wojennych. Dla kontrastu, brytyjskie pociski wypełnione lidditem miały tendencję do eksplodowania zaraz po przebiciu niemieckiego pancerza, przez co większość swojej energii wydatkowały poza okrętem. Brytyjczycy stopniowo zaczęli używać go jako zamiennika lidditu w 1907 r.

Z powodu nienasyconego popytu na materiały wybuchowe podczas II wojny światowej trotyl często mieszano z 40-80% azotanu amonu, tworząc materiał wybuchowy o nazwie amatol. Choć prawie tak silny jak trotyl (i znacznie tańszy), amatol miał tę niewielką wadę, że był higroskopijny (skłonny do pochłaniania wilgoci z powietrza). Inna odmiana o nazwie minol, składająca się z amatolu zmieszanego z około 20 procentami proszku aluminiowego, była używana przez Brytyjczyków w minach i ładunkach głębinowych. Chociaż bloki czystego trotylu są dostępne w różnych rozmiarach (takich jak 250 g, 500 g i 1 kg), jest on częściej spotykany w mieszankach wybuchowych, które zawierają zmienny procent trotylu plus inne składniki, takie jak torpex, tryton, pentolit i kompozycja B.

Synteza

Trinitrotoluen jest syntetyzowany w stopniowej procedurze. Po pierwsze, toluen jest nitrowany mieszaniną kwasów siarkowego i azotowego. Nawet mieszaniny kwasów o stosunkowo niskim stężeniu są w stanie dodać jedną lub dwie grupy nitrowe (NO2) do pierścienia toluenu, tworząc mono- i dinitrotoluen. Grupy nitrowe drastycznie zmniejszają reaktywność toluenu (ponieważ są grupami „odbierającymi elektrony”).

W kolejnym etapie mono- i dinitrotoluen są całkowicie nitrowane mieszaniną kwasu azotowego i oleum (kwas siarkowy z maksymalnie 60% rozpuszczonego trójtlenku siarki (SO3)). Mieszanina ta jest znacznie bardziej reaktywna i umożliwia wprowadzenie ostatniej (trzeciej) grupy nitrowej do pierścienia. Kwas odpadowy z tego procesu jest używany do pierwszego etapu reakcji w syntezie przemysłowej.

Charakterystyka

Trinitrotoluen ma postać bladożółtych, igiełkowatych kryształów i może być destylowany w próżni. Trudno jest rozpuścić trotyl w wodzie, jest bardziej rozpuszczalny w eterze, acetonie, benzenie i pirydynie. Dzięki niskiej temperaturze topnienia 80,35 °C, trotyl może być topiony w parze wodnej i wlewany do pojemników. TNT jest trujący, a kontakt ze skórą może powodować reakcje alergiczne, powodując, że skóra zmienia kolor na jaskrawożółto-pomarańczowy.

• Rozpuszczalność w wodzie: 130 mg/L w 20 °C
• Ciśnienie pary w 20 °C: 150 do 600 Pa

• Prędkość detonacji: 6700-7000 m/s 6900 m/s (gęstość: 1,6 g/cm³)
• Test bloku ołowiu: 300 ml/10 g
• Wrażliwość na uderzenie: 15 niutonometrów (N-m) (1,5 kilofa (kp)-metr (m))
• Wrażliwość na tarcie: do 353 N (36 kp) brak reakcji

Toksyczność

Niektóre poligony wojskowe są skażone trotylem. Ścieki z programów związanych z amunicją (w tym skażone wody powierzchniowe i gruntowe) mogą mieć różowe zabarwienie w wyniku skażenia trotylem i RDX. Takie zanieczyszczenie, zwane pinkwater, może być trudne i kosztowne do usunięcia.

TNT jest dość toksyczny. Może być również wchłaniany przez skórę, powodując podrażnienia i jasnożółte przebarwienia. Podczas pierwszej wojny światowej pracownicy amunicji, którzy mieli do czynienia z tą substancją chemiczną, zauważyli, że ich skóra zmieniła kolor na jaskrawożółty. Doprowadziło to do powstania przezwiska „kanarkowe dziewczyny” lub po prostu „kanarki” na określenie tych pracowników. Trotyl mógł również sprawić, że rude włosy stawały się zielone. W 1916 roku rząd brytyjski przeprowadził dochodzenie w sprawie pracownic Arsenału Królewskiego w Woolwich, w wyniku którego stwierdzono, że 37 procent z nich cierpiało na silne bóle związane z utratą apetytu, nudnościami i zaparciami; 25 procent cierpiało na zapalenie skóry, a 34 procent doświadczało zmian w miesiączkowaniu. Zanim wprowadzono respiratory i smary ochronne nakładane na skórę, około 100 pracowników zmarło na tę chorobę.

Osoby narażone na działanie trinitrotoluenu przez dłuższy czas mają tendencję do doświadczania anemii i nieprawidłowych funkcji wątroby. U zwierząt, które spożyły lub wdychały trinitrotoluen, stwierdzono również wpływ na krew i wątrobę, powiększenie śledziony i inne szkodliwe skutki dla układu odpornościowego. Istnieją dowody, że trotyl wpływa negatywnie na płodność mężczyzn, a trotyl jest wymieniony jako możliwy czynnik rakotwórczy dla ludzi. Spożycie TNT powoduje powstawanie czarnego moczu.

Równoważnik TNT

Równoważnik TNT jest jednostką energii powszechnie używaną do ilościowego określania dużych ilości energii. Jedna tona trotylu uwalnia 4.184×109 dżuli przy eksplozji, dlatego jedna kilotona trotylu to 4.184×1012 dżuli, a jedna megatona trotylu to 4.184×1015 dżuli.

Megatona to duża ilość energii. Pierwsza bomba atomowa zrzucona na Hiroszimę 6 sierpnia 1945 r. eksplodowała z energią około 20 kiloton trotylu (~8,4×1013 dżuli).

Obecne głowice jądrowe w rosyjskich i amerykańskich magazynach mają wydajność od 100 kt do 20 Mt ekwiwalentu trotylu. Największa bomba, jaką kiedykolwiek zrzucono, Car Bomba, miała wydajność około 50 Mt.

Około jednego ekwiwalentu Mt eksplodującego na ziemi lub nieco powyżej ziemi tworzy krater o średnicy około 0,3 mili (0.5 km) średnicy i niszczy praktycznie wszystko w promieniu kilku mil lub kilometrów.

Zobacz także

• dynamit
• wybuch

• Akhavan, J. 2004. The Chemistry of Explosives, wydanie 2. Cambridge, Wielka Brytania: The Royal Society of Chemistry. ISBN 0854046402
• Cooper, Paul W., and Stanley R. Kurowski. 1996. Introduction to the Technology of Explosives. 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. Materiały wybuchowe, wydanie piąte poprawione. New York, NY: Wiley-VCH. ISBN 3527302670