ТРИНИТРОТОЛУОЛ (ТНТ): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ, РИСКИ, ВЗРЫВ - ХИМИЯ - 2024

Тринитротолуола представляет собой органическое соединение , состоящее из углерода, кислорода, водорода и азота трех нитрогрупп -NO ₂ . Его химическая формула - C ₆ H ₂ (CH ₃ ) (NO ₂ ) ₃ или также сокращенная формула C ₇ H ₅ N ₃ O ₆ .

Его полное название - 2,4,6-тринитротолуол, но обычно он известен как TNT. Это белое кристаллическое твердое вещество, которое может взорваться при нагревании выше определенной температуры.

Кристаллы 2,4,6-тринитротолуола, тротил. Wremmerswaal. Источник: Wikimedia Commons.

Присутствие в тринитротолуоле трех нитро-NO ₂ групп способствует тому, что он легко взрывается. По этой причине он широко используется во взрывных устройствах, снарядах, бомбах и гранатах.

Он также использовался для взрывных работ под водой, в глубоких скважинах и для промышленных или невоенных взрывов.

TNT - это деликатный продукт, который также может взорваться от очень сильных ударов. Он также токсичен для людей, животных и растений. Места, где произошли их взрывы, загрязнены, и ведутся исследования по ликвидации остатков этого соединения.

Одним из эффективных и недорогих способов снижения концентрации TNT в загрязненной среде является использование некоторых типов бактерий и грибков.

Химическая структура

2,4,6-тринитротолуол состоит из молекулы толуола C ₆ H ₅ -CH ₃ , к которой были добавлены три нитро -NO ₂ группы .

Три нитро-NO ₂ группы расположены симметрично на бензольном кольце толуола. Они находятся в положениях 2, 4 и 6, где положение 1 соответствует метил-СН ₃ .

Химическая структура 2,4,6-тринитротолуола. Эдгар 181. Источник: Wikimedia Commons.

Номенклатура

- Тринитротолуол

- 2,4,6-Тринитротолуол

- ТНТ

- Трилита

- 2-метил-1,3,5-тринитробензол

Свойства

Физическое состояние

Кристаллическое твердое вещество от бесцветного до бледно-желтого цвета. Кристаллы игольчатой ​​формы.

Молекулярный вес

227,13 г / моль.

Температура плавления

80,5 ° С.

Точка кипения

Не кипит. Он разлагается взрывом при 240 ºC.

Точка возгорания

Его невозможно измерить, потому что он взрывается.

плотность

1,65 г / см ³

Растворимость

Практически не растворим в воде: 115 мг / л при 23 ° C. Очень мало растворим в этаноле. Хорошо растворяется в ацетоне, пиридине, бензоле и толуоле.

Химические свойства

Может взрывоопасно разлагаться при нагревании. При достижении 240 ° C взрывается. Он также может взорваться при сильном ударе.

При нагревании до разложения выделяет токсичные газы оксидов азота NO _x .

Процесс взрыва TNT

Взрыв тротила приводит к химической реакции. В основном это процесс горения, при котором энергия выделяется очень быстро. Кроме того, выделяются газы, которые передают энергию.

TNT легко взрывается при нагревании выше 240 ° C. Автор: OpenClipart-Vectors. Источник: Pixabay.

Чтобы произошла реакция горения (окисления), должны присутствовать топливо и окислитель.

В случае TNT оба находятся в одной и той же молекуле, поскольку атомы углерода (C) и водорода (H) являются топливом, а окислителем является кислород (O) нитро-NO ₂ групп . Это позволяет ускорить реакцию.

Реакция окисления TNT

Во время реакции горения TNT атомы перегруппировываются, и кислород (O) остается ближе к углероду (C). Кроме того, азот в –NO ₂ восстанавливается с образованием газообразного азота N _2, который является гораздо более стабильным соединением.

Взрывную химическую реакцию TNT можно резюмировать следующим образом:

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

Углерод (C) образуется во время взрыва в виде черного облака, а также образуется оксид углерода (CO), потому что в молекуле недостаточно кислорода для полного окисления всех атомов углерода ( C) и водород (H) присутствуют.

Получение TNT

TNT - это соединение, искусственно созданное человеком.

Он не встречается в окружающей среде естественным образом. Производится только на некоторых военных объектах.

Его получают нитрованием толуола (C ₆ H ₅ –CH ₃ ) смесью азотной кислоты HNO ₃ и серной кислоты H ₂ SO ₄ . Сначала получают смесь орто- и пара-нитротолуолов, которые при последующем интенсивном нитровании образуют симметричный тринитротолуол.

Использование TNT

В военной деятельности

TNT - это взрывчатое вещество, которое использовалось в военных устройствах и при взрывах.

Ручные гранаты могут содержать тротил. Авторы: Материаловед, Nemo5576 и Tronno. Источник: Wikimedia Commons.

Он используется для снарядов, гранат и авиабомб, поскольку он достаточно нечувствителен к полученному удару, чтобы покинуть ствол оружия, но может взорваться при попадании детонатора.

Авиационные бомбы могут содержать тротил. Автор: Кристиан Виттманн. Источник: Pixabay.

Он не предназначен для создания значительной фрагментации или запуска снарядов.

В промышленных приложениях

Он использовался для взрывов, представляющих промышленный интерес, при подводных взрывных работах (из-за его нерастворимости в воде) и при взрывах глубоких скважин. Раньше его чаще всего использовали для сноса домов. В настоящее время он используется вместе с другими соединениями.

Фотография результата взрыва для сноса горных пород в 1912 году. В то время тротил использовался при взрывах, необходимых, например, для открытия дорог для железных дорог. Интернет-архив книжных изображений. Источник: Wikimedia Commons.

Он также был посредником для красителей и фотохимикатов.

Риски TNT

Может взорваться при воздействии сильного тепла, огня или сильного удара.

Раздражает глаза, кожу и дыхательные пути. Это очень токсичное соединение как для человека, так и для животных, растений и многих микроорганизмов.

Симптомы воздействия TNT включают, среди прочего, головную боль, слабость, анемию, токсический гепатит, цианоз, дерматит, поражение печени, конъюнктивит, плохой аппетит, тошноту, рвоту, диарею.

Это мутаген, то есть он может изменять генетическую информацию (ДНК) организма, вызывая изменения, которые могут быть связаны с появлением наследственных заболеваний.

Он также был классифицирован как канцероген или генератор рака.

Загрязнение окружающей среды тротилом

TNT был обнаружен в почвах и водах в районах военных действий, на объектах производства боеприпасов и в местах проведения военных учений.

Почвы и воды в зонах боевых действий или военных действий были загрязнены тротилом. Автор: Михаил Гайда. Источник: Pixabay.

Загрязнение TNT опасно для жизни животных, человека и растений. Хотя в настоящее время тротил используется в меньших количествах, он является одним из нитроароматических соединений, наиболее часто используемых в производстве взрывчатых веществ.

По этой причине он является одним из тех, которые больше всего способствуют загрязнению окружающей среды.

Решение проблемы загрязнения TNT

Необходимость «очистить» районы, загрязненные тротилом, побудила разработать несколько процессов восстановления. Рекультивация - это удаление загрязняющих веществ из окружающей среды.

Лечение бактериями и грибками

Многие микроорганизмы, такие как бактерии рода Pseudomonas, Enterobacter, Mycobacterium и Clostridium, способны к биологическому восстановлению TNT.

Также было обнаружено, что существуют определенные бактерии, которые развились в местах, загрязненных TNT, и которые могут выжить, а также разложить или метаболизировать его в качестве источника питательных веществ.

Escherichia coli, например, продемонстрировала выдающуюся способность к биотрансформации TNT, поскольку она имеет несколько ферментов, атакующих его, при этом демонстрируя высокую устойчивость к его токсичности.

Кроме того, некоторые виды грибов могут биотрансформировать TNT, превращая его в безопасные минералы.

Восстановление с помощью водорослей

С другой стороны, некоторые исследователи обнаружили, что водоросль Spirulina platensis обладает способностью адсорбироваться на поверхности своих клеток и ассимилировать до 87% TNT, присутствующего в водах, загрязненных этим соединением.

Устойчивость этих водорослей к TNT и их способность очищать загрязненную им воду указывают на высокий потенциал этих водорослей в качестве фиторемедиатора.

Ссылки

1. Национальная медицинская библиотека США. (2019). 2,4,6-Тринитротолуол. Получено с pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Мюррей, С. Г. (2000). Взрывчатка. Механизм взрыва. В Encyclopedia of Forensic Sciences 2000, Pages 758-764. Восстановлено с sciencedirect.com.
3. Adamia, G. et al. (2018). О возможности применения водоросли Спирулина для фиторемедиации воды, загрязненной 2,4,6-тринитротолуолом. Анналы аграрной науки 16 (2018) 348-351. Получено с reader.elsevier.com.
4. Серрано-Гонсалес, MY et al. (2018). Биотрансформация и разложение 2,4,6-тринитротолуола в результате метаболизма микробов и их взаимодействия. Defense Technology 14 (2018) 151-164. Восстановлено с pdf.sciencedirectassets.com.
5. Иман, М. и др. (2017). Системно-биологический подход к биоремедиации нитроароматических соединений: анализ биотрансформации 2,4,6-тринитротолуола с помощью Escherichia coli на основе ограничений. Molecules 2017, 22, 1242. Получено с mdpi.com.
6. Windholz, M. et al. (редакторы) (1983). Индекс Merck. Энциклопедия химикатов, лекарств и биологических препаратов. Издание десятое. Merck & CO., Inc.
7. Моррисон, Р. Т. и Бойд, Р. Н. (2002). Органическая химия. 6-е издание. Prentice-Hall.