TRINITROTOLUEN (TNT): STRUKTURA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA, ZAGROŻENIA, WYBUCH - CHEMIA - 2026

Trinitrotoluenu jest związek organiczny, składa się z węgla, tlenu, wodoru i azotu trzech grup nitrowych -NO ₂ . Jego wzór chemiczny to C ₆ H ₂ (CH ₃ ) (NO ₂ ) ₃ lub też wzór skondensowany C ₇ H ₅ N ₃ O ₆ .

Jego pełna nazwa to 2,4,6-trinitrotoluen, ale jest powszechnie znany jako TNT. Jest to białe, krystaliczne ciało stałe, które może eksplodować po podgrzaniu powyżej określonej temperatury.

Kryształy 2,4,6-trinitrotoluenu, TNT. Wremmerswaal. Źródło: Wikimedia Commons.

Obecność w trinitrotoluenie trzech grup nitro-NO ₂ sprzyja temu, że wybucha on z pewną łatwością. Z tego powodu jest szeroko stosowany w urządzeniach wybuchowych, pociskach, bombach i granatach.

Był również używany do wysadzania pod wodą, w głębokich studniach oraz do eksplozji przemysłowych lub niewojennych.

TNT to delikatny produkt, który może również wybuchnąć od bardzo silnych uderzeń. Jest również toksyczny dla ludzi, zwierząt i roślin. Miejsca, w których doszło do ich eksplozji, zostały skażone i trwają badania mające na celu usunięcie pozostałości tego związku.

Jednym ze sposobów skutecznego i niedrogiego zmniejszenia stężenia trotylu w zanieczyszczonym środowisku jest użycie niektórych rodzajów bakterii i grzybów.

Struktura chemiczna

2,4,6-trinitrotoluen powstaje z cząsteczki toluenu C ₆ H ₅ –CH ₃ , do którego dodano trzy grupy nitro –NO ₂ .

Trzy grupy nitro-NO ₂ są rozmieszczone symetrycznie na pierścieniu benzenowym toluenu. Znajdują się one w pozycjach 2, 4 i 6, w pozycji 1 odpowiada -CH metylu ₃ .

Struktura chemiczna 2,4,6-trinitrotoluenu. Edgar181. Źródło: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Trinitrotoluen

- 2,4,6-Trinitrotoluen

- TNT

- Trilita

- 2-metylo-1,3,5-trinitrobenzen

Nieruchomości

Stan fizyczny

Bezbarwne do bladożółtego krystaliczne ciało stałe. Kryształy w kształcie igieł.

Waga molekularna

227,13 g / mol.

Temperatura topnienia

80,5 ° C

Temperatura wrzenia

Nie gotuje się. Rozkłada się wraz z wybuchem w temperaturze 240 ºC.

Temperatura zapłonu

Nie można go zmierzyć, ponieważ wybucha.

Gęstość

1,65 g / cm ³

Rozpuszczalność

Prawie nierozpuszczalny w wodzie: 115 mg / L w 23 ° C. Bardzo słabo rozpuszczalny w etanolu. Bardzo dobrze rozpuszczalny w acetonie, pirydynie, benzenie i toluenie.

Właściwości chemiczne

Może rozkładać się wybuchowo po podgrzaniu. Po osiągnięciu 240 ° C wybucha. Może również wybuchnąć, gdy zostanie uderzony bardzo mocno.

Po podgrzaniu do rozkładu wytwarza toksyczne gazy tlenków azotu NO _x .

Proces wybuchu trotylu

Wybuch trotylu prowadzi do reakcji chemicznej. Zasadniczo jest to proces spalania, w którym energia jest uwalniana bardzo szybko. Ponadto emitowane są gazy, które są czynnikami przenoszenia energii.

TNT łatwo wybucha po podgrzaniu powyżej 240 ° C. Autor: OpenClipart -ectors. Źródło: Pixabay.

Aby wystąpiła reakcja spalania (utlenianie), musi być obecne paliwo i utleniacz.

W przypadku TNT oba znajdują się w tej samej cząsteczce, ponieważ atomy węgla (C) i wodoru (H) są paliwami, a utleniaczem jest tlen (O) z grup nitro-NO ₂ . To pozwala na szybszą reakcję.

Reakcja utleniania TNT

Podczas reakcji spalania trotylu atomy przestawiają się, a tlen (O) pozostaje bliżej węgla (C). Ponadto azot w –NO ₂ jest redukowany do azotu N _2, który jest znacznie stabilniejszym związkiem.

Wybuchową reakcję chemiczną trotylu można podsumować następująco:

2 C ₇ H ₅ N ₃ O ₆ → 7 CO ↑ + 7 C + 5 H ₂ O ↑ + 3 N ₂ ↑

Podczas eksplozji powstaje węgiel (C) w postaci czarnej chmury, a także powstaje tlenek węgla (CO), ponieważ w cząsteczce nie ma wystarczającej ilości tlenu, aby całkowicie utleniać wszystkie atomy węgla ( C) i obecny wodór (H).

Zdobycie TNT

TNT jest związkiem wytwarzanym wyłącznie sztucznie przez człowieka.

Nie występuje naturalnie w środowisku. Jest produkowany tylko w niektórych instalacjach wojskowych.

Otrzymywany jest przez nitrowanie toluenu (C ₆ H ₅ –CH ₃ ) mieszaniną kwasu azotowego HNO ₃ i kwasu siarkowego H ₂ SO ₄ . Najpierw otrzymuje się mieszaninę orto- i para-nitrotoluenów, które w wyniku późniejszego energicznego nitrowania tworzą symetryczny trinitrotoluen.

Zastosowania TNT

W działaniach wojskowych

TNT to materiał wybuchowy, który był używany w urządzeniach wojskowych i wybuchach.

Granaty ręczne mogą zawierać TNT. Autorzy: Materiałoznawca, Nemo5576 i Tronno. Źródło: Wikimedia Commons.

Służy do napełniania pocisków, granatów i bomb powietrznych, ponieważ jest wystarczająco niewrażliwy na otrzymane uderzenie, aby opuścić lufę broni, ale może eksplodować po trafieniu mechanizmem detonującym.

Bomby powietrzne mogą zawierać TNT. Autor: Christian Wittmann. Źródło: Pixabay.

Nie jest przeznaczony do wytwarzania znacznych fragmentacji ani wystrzeliwania pocisków.

W zastosowaniach przemysłowych

Był używany do eksplozji o znaczeniu przemysłowym, do eksplozji podwodnych (ze względu na nierozpuszczalność w wodzie) i eksplozji w głębokich studniach. W przeszłości był najczęściej używany do rozbiórki. Obecnie jest używany w połączeniu z innymi związkami.

Zdjęcie wyniku eksplozji w celu wyburzenia skał w 1912 roku. W tamtych czasach trotyl był używany do wysadzania m.in. do otwierania dróg dla kolei. Obrazy książek z archiwum internetowego. Źródło: Wikimedia Commons.

Pełnił również rolę pośrednika dla barwników i chemii fotograficznej.

Ryzyko TNT

Może wybuchnąć w przypadku narażenia na intensywne ciepło, ogień lub silny wstrząs.

Działa drażniąco na oczy, skórę i drogi oddechowe. Jest związkiem bardzo toksycznym zarówno dla ludzi, jak i dla zwierząt, roślin i wielu mikroorganizmów.

Objawy narażenia na TNT obejmują między innymi bóle głowy, osłabienie, anemię, toksyczne zapalenie wątroby, sinicę, zapalenie skóry, uszkodzenie wątroby, zapalenie spojówek, słaby apetyt, nudności, wymioty, biegunkę.

Jest mutagenem, czyli może zmieniać informację genetyczną (DNA) organizmu powodując zmiany, które mogą być związane z pojawieniem się chorób dziedzicznych.

Został również sklasyfikowany jako czynnik rakotwórczy lub generator raka.

Zanieczyszczenie środowiska TNT

TNT wykryto w glebach i wodach na obszarach działań wojskowych, w miejscach produkcji amunicji oraz w miejscach prowadzenia wojskowych operacji szkoleniowych.

Gleby i wody stref wojennych lub działań wojennych zostały skażone trotylem. Autor: Michael Gaida. Źródło: Pixabay.

Zanieczyszczenie TNT jest niebezpieczne dla życia zwierząt, ludzi i roślin. Chociaż trotyl jest obecnie używany w mniejszych ilościach, jest jednym ze związków nitroaromatycznych, które były najczęściej używane w przemyśle materiałów wybuchowych.

Z tego powodu jest jednym z tych, które w największym stopniu przyczyniają się do zanieczyszczenia środowiska.

Rozwiązanie do zanieczyszczenia TNT

Potrzeba „oczyszczenia” regionów skażonych trotylem stała się motywacją do opracowania kilku procesów naprawczych. Remediacja to usuwanie zanieczyszczeń ze środowiska.

Rekultywacja bakteriami i grzybami

Do bioremediacji TNT jest zdolnych wiele mikroorganizmów, takich jak bakterie z rodzaju Pseudomonas, Enterobacter, Mycobacterium i Clostridium.

Stwierdzono również, że istnieją pewne bakterie, które wyewoluowały w miejscach skażonych TNT i które mogą przeżyć, a także degradować lub metabolizować go jako źródło składników odżywczych.

Na przykład Escherichia coli wykazała wyjątkową zdolność do biotransformacji TNT, ponieważ atakuje ją wiele enzymów, jednocześnie wykazując wysoką tolerancję na jego toksyczność.

Ponadto niektóre gatunki grzybów mogą biotransformować TNT, zamieniając go w nieszkodliwe minerały.

Rekultywacja algami

Z drugiej strony, niektórzy badacze odkryli, że alga Spirulina platensis ma zdolność adsorbowania na powierzchni swoich komórek i asymilacji do 87% TNT obecnego w wodach zanieczyszczonych tym związkiem.

Tolerancja tego glonu na trotyl i jego zdolność do oczyszczania zanieczyszczonej nim wody wskazuje na duży potencjał tego glonu jako fitoremediatora.

Bibliografia

1. Narodowa Biblioteka Medyczna Stanów Zjednoczonych. (2019). 2,4,6-Trinitrotoluen. Odzyskany z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Murray, SG (2000). Materiały wybuchowe. Mechanizm wybuchu. W Encyclopedia of Forensic Sciences 2000, strony 758-764. Odzyskany z sciencedirect.com.
3. Adamia, G. i in. (2018). O możliwości zastosowania alg Spirulina do fitoremediacji wód zanieczyszczonych 2,4,6-trinitrotoluenem. Annals of Agrarian Science 16 (2018) 348-351. Odzyskany z reader.elsevier.com.
4. Serrano-González, MY i in. (2018). Biotransformacja i degradacja 2,4,6-trinitrotoluenu przez metabolizm drobnoustrojów i ich interakcje. Technologia obronna 14 (2018) 151-164. Odzyskany z pdf.sciencedirectassets.com.
5. Iman, M. i in. (2017). Podejście biologii systemowej do bioremediacji nitroaromatów: analiza oparta na ograniczeniach biotransformacji 2,4,6-trinitrotoluenu przez Escherichia coli. Molecules 2017, 22, 1242. Odzyskane z mdpi.com.
6. Windholz, M. i in. (redaktorzy) (1983). Indeks Merck. Encyklopedia chemikaliów, leków i biologii. Wydanie dziesiąte. Merck & CO., Inc.
7. Morrison, RT i Boyd, RN (2002). Chemia organiczna. 6th Edition. Prentice-Hall.