Тринитротолуен познатији као ТНТ, тачније 2,4,6-тринитротолуен, и по његовом преферираном ИУПАЦ-у назив 2-метил-1,3,5-тринитробензен, је хемијска супстанца са формулом -{C6H2(NO2)3CH3}-. ТНТ се повремено користи као реагенс у хемијској синтези, али је најпознатији као експлозивни материјал са погодним особинама за руковање. Експлозивни принос ТНТ-а сматра се стандардном упоредном конвенцијом бомби и удара астероида. У хемији, ТНТ се користи за стварање соли за пренос наелектрисања.

Ово једињење је први припремио 1863. године немачки научник Јулијус Вилбранд (), покушавајући да добије средство за бојење, а двадесет година касније откривено је да се ради о веома јаком експлозиву.Royal Society of Chemistry: Chemistry in its element: compounds - TNT , приступ 10.7.2013

Историја

ТНТ је први пут припремио немачки хемичар Јулиус Вилбранд 1863. и првобитно је коришћен као жута боја. Његов потенцијал као експлозива није препознат три деценије, углавном зато што је било претешко га детонирати јер је био мање осетљив од алтернатива. Његове експлозивне карактеристике први је открио 1891. други немачки хемичар, Карл Хосерман. ТНТ се може безбедно сипати у течном стању у чауре, и толико је неосетљив да је 1910. изузет из Закона о експлозивима Уједињеног Краљевства из 1875. и није се сматрао експлозивом за потребе производње и складиштења.

Немачке оружане снаге су га усвојиле као пуњење за артиљеријске гранате 1902. Гранате за пробијање оклопа пуњене ТНТ-ом би експлодирале након што би продрле у оклоп британских капиталних бродова, док су британске гранате пуњене лидитом имале тенденцију да експлодирају при удару о оклоп, тако трошећи велики део своје енергије ван брода. Британци су почели да замењују Лидит са ТНТ-ом 1907.

Морнарица Сједињених Америчких Држава наставила је да пуни оклопне гранате експлозивом Д након што су неке друге нације прешле на ТНТ, али је почела да пуни поморске мине, бомбе, дубинске бомбе и бојеве главе торпеда експлозивним пуњењем сировог ТНТ-а класе Б боје смеђег шећера, и захтева експлозивно појачано пуњење од гранулисаног кристализованог ТНТ-а за детонацију. Експлозивне гранате биле су пуњене ТНТ-ом разреда А, који је постао пожељнији за друге употребе пошто је индустријски хемијски капацитет постао доступан за уклањање ксилена и сличних угљоводоника из сировине толуена и других нуспроизвода изомера нитротолуена из реакција нитрирања.

Производња

У индустрији, ТНТ се производи у процесу од три корака. Прво, толуен се нитрира мешавином сумпорне и азотне киселине да би се добио мононитротолуен (МНТ). МНТ се одваја и затим ренитира у динитротолуен (ДНТ). У последњем кораку, ДНТ се нитрира у тринитротолуен (ТНТ) коришћењем анхидроване мешавине азотне киселине и олеума. Азотна киселина се троши у процесу производње, али разблажена сумпорна киселина се може поново концентрисати и поново користити. Након нитрирања, ТНТ се стабилизује процесом који се назива сулфитација, где се сирови ТНТ третира воденим раствором натријум сулфита раствор за уклањање мање стабилних изомера ТНТ-а и других нежељених производа реакције. Вода за испирање од сулфитације позната је као црвена вода и представља значајан загађивач и отпадни производ производње ТНТ-а.

Контрола азотних оксида у азотној киселини хране је веома важна јер слободни азот-диоксид може довести до оксидације метил групе толуена. Ова реакција је веома егзотермна и носи са собом ризик од несталне реакције која води до експлозије.

У лабораторији, 2,4,6-тринитротолуен се производи поступком у два корака. Мешавина за нитрирање концентроване азотне и сумпорне киселине се користи за нитрирање толуена у смешу изомера моно - и ди-нитротолуена, уз пажљиво хлађење да би се одржала температура. Нитровани толуени су затим одвојени, испрани разблаженим натријум бикарбонатом да би се уклонили оксиди азота, а затим пажљиво нитровани мешавином димеће азотне и сумпорне киселине.

Примена

ТНТ је један од најчешће коришћених експлозива за војне, индустријске и рударске примене. ТНТ је коришћен заједно са хидрауличким фрактурисањем (популарно познатим као фрацкинг), процесом који се користи за добијање нафте и гаса из шкриљца. Техника укључује измештање и детонацију нитроглицерина у хидраулички изазваним ломовима праћеним ударима из бушотине коришћењем пелетизованог ТНТ-а.

ТНТ је цењен делом због своје неосетљивости на ударце и трење, са смањеним ризиком од случајне детонације у поређењу са осетљивијим експлозивима као што је нитроглицерин. ТНТ се топи на , далеко испод температуре на којој ће спонтано детонирати, омогућавајући му да се сипа или безбедно комбинује са другим експлозивима. ТНТ нити апсорбује нити се раствара у води, што му омогућава да се ефикасно користи у влажним срединама. Да би детонирао, ТНТ мора бити покренут таласом притиска из стартног експлозива, који се зове појачивач експлозива.

Иако су блокови ТНТ-а доступни у различитим величинама (нпр. 250 г, 500 г, 1000 г), чешће се сусрећу у синергистичким експлозивним мешавинама које садрже променљиви проценат ТНТ-а и других састојака. Примери експлозивних мешавина које садрже ТНТ укључују:

Аматекс (амонијум нитрат и Хексоген) Amatol (амонијум нитрат) Амонал (амонијум нитрат и алуминијумски прах плус понекад и угаљ). Баратол (баријум нитрат и восак) Композиција Б (Хексоген) и парафински восакMilitary Specification MIL-C-401) Композиција H6 Циклотол (Хексоген) Еднатол Хексанит (hexanitrodiphenylamine[secondary source] webpages:submarine torpedo explosive Retrieved 2011-12-02scribd.com website showing copy of a North American Intelligence document see:page 167 Retrieved 2011-12-02) Минол Октол Пентолит Пикратол Тетритол Торпекс Тритонал

Особине

Жуте је боје и позната је као експлозив. Користи се и као јединица за мерење јачине експлозија (нуклеарних, конвенционалних,...).

ТНТ је најраспрострањенији и најважнији војни експлозив због својих особина; јер је бризантни експлозив, лако се лије, пресује и чува, стабилан је и може дуго да се складишти. Примењује се у скоро свим типовима артиљеријске муниције. Самостално у тренутним гранатама и помешан са хексогеном у односу 60:40% у противоклопним кумулативним гранатама.

Основне карактеристике експлозива

Ево неке од основних карактеристика ТНТ експлозива:

Експлозивна својства ТНТ-а Година проналаска 1863 Енергија детонације 3,9 MJ/kg Траузелов тест 300 cm³/10 g Максимални притисак детонације 22,3 GPa Брзина детонације (Vdet) 6,9 km/s Густина која одговара Vdet 1,57 g/cm³ Температура детонације 470 °C Осетљивост на удар мало Запремина гасовитих производа 700 dm³/kg Температура током детонације ~ Енергија експлозије 4.100–4.220 кЈ / kg, тј. 980–1010  kcal/kg (без секундарне оксидације чађи) Специфична топлота сагоревања 4.184 МЈ/kg Детонациони притисак Pcj: 190-220 kbar према прорачунској или експерименталној методи, обично на доњој граници опсега.

Хемијска реакција Због брзог распада и егзотермијске реакције (хемијска реакција у којој се производи енергија), реакција је експлозивна, што је последица брзог пораста ваздушног притиска.

-{2 C7H5N3O6 → 3 N2 + 5 H2O + 7 CO + 7 C}-

Експлозивни карактер

Након детонације, ТНТ подлеже разградњи која је еквивалентна реакцији:

2 C7H5N3O6 → 3 N2+ 5H2O_+ 7 CO + 7 C

а нарочито:

2 C7H5N3O6 → 3 N2 + 5 H2 + 12 CO + 2 C

или

2 C7H5N3O6 → 3 N2+H2+ 4H2C2 _ _+ 6CO2 C7H5N3O6 → 3 HCN + H2O + 3 CO + CO2 C7H5N3O6 → HCN + (CN)2 + 2 H2O + 4 CO 2 C7H5N3O6 → 6 NO + 5 H2C2 + 2 CO + 2 CO2 2 C7H5N3O6 → 6 HCNO + 2 H2C2 + 2 CO + 2 CO2

плус неке од реакција

+ CO → + C

и

2 CO → + C.

Реакција је егзотермна, али има високу енергију активације у гасној фази (~62 kcal/mol). Кондензоване фазе (чврсте или течне) показују значајно нижу енергију активације од отприлике 35 kcal/mol због јединствених бимолекуларних путева разлагања при повишеним густинама. Због производње угљеника, експлозије ТНТ-а имају чађав изглед. Пошто ТНТ има вишак угљеника, експлозивне смеше са једињењима богатим кисеоником могу дати више енергије по к..lилограму него сам ТНТ. Током 20. века аматол, мешавина ТНТ-а са амонијум нитратом, био је широко коришћен војни експлозив.

ТНТ се може детонирати иницијатором велике брзине.Merck Index, 13th Edition, 9801 Дуги низ година, ТНТ је био референтна тачка за фигуру неосетљивости. ТНТ је имао оцену тачно 100 на скали „Ф до И“. Референца је од тада промењена у осетљивији експлозив који се зове Хексолит, који има Ф до И оцену 80.

Пиротехничка својства и употреба

Као експлозив, показује изузетно добра својства – веома је стабилан и није много осетљив на спољашње утицаје, а истовремено га карактерише веома висока експлозивност и снажна експлозија. Због тога је идеална супстанца за припрему индустријских и војних експлозива. Често се меша са другим експлозивним супстанцама у различитим размерама и може се наћи под трговачким називима Пермонит, Пермонекс, Карпатит, Аматол која се користи у војсци и многи други су такође познати.

Пошто су његова експлозивна својства веома добро истражена, еквивалентна количина ТНТ-а у килотонама (кт) или мегатонама (Мт) је дата да би се изразила снага нуклеарне или термонуклеарне експлозије. Ово је, наравно, погрешно, јер количине ТНТ-а веће од 100 тона могу да изазову значајно секундарно паљење чађи настале након експлозије, што значи да 100 тона ТНТ-а има еквивалентну енергију ослобођену као 130 тона пуњења.

Као што је већ поменуто, типична карактеристика експлозије ТНТ-а је формирање облака чађи након експлозије због релативно ниског и негативног баланса кисеоника. Захваљујући томе, чак и мале количине се понашају као слаб термобарични експлозив, на пример, 200 g ТНТ-а може имати стварну излазну енергију од 225 g током детонације (тј. у поређењу са теоретском вредношћу од 8,2 МЈ, око 9 МЈ енергије ТНТ-а се брзо изненађујуће генерише у малим количинама ударни талас који се може упоредити са Семтекс-ом, иако би се наивно очекивало 20% предности Семтекс-а (међутим, ово зависи од студије и неки показују импулсе ударног таласа који су у складу са нултом брзом оксидацијом чађи).

1 kg ТНТ-а има 50% смртности од ударног таласа на удаљености од око 1,4 м (удаљеност између пуњења и горње половине тела, без обзира на оријентацију особе). 4,5 kg има стопу смртности од око 99% на удаљености од 2,5 м. Међутим, чак и када се користи 10 kg, убојна зона није већа од око 4-5 м. Модерне гранате од 155 мм садрже мање од 11 kg ТНТ-а, минобацачке гранате од 60 мм имају око 200 g, а проширене ручне бомбе око 100 g. У конвенционалним бомбама, 30-70% енергије се користи за фрагментацију, а не за стварање таласа притиска. Због тога талас притиска генерално није погодан ефикасан механизам за одлагање живе силе, па је стога главна сврха ТНТ-а да убрза фрагменте.

Енергетски садржај

thumb|Поглед на попречни пресек топовских чаура Оерликон калибра 20 мм (датирају из око  1945.) са ознакама боја за ТНТ и пентолитну испуну

Топлота детонације коју користи НИСТ да дефинише тону еквивалента ТНТ-а је 1000 cal/g или 1000 kcal/kg, 4,184 MJ/kg или 4,184 GJ/ton. Густина енергије ТНТ се користи као референтна тачка за многе друге експлозиве, укључујући нуклеарно оружје, чији се енергетски садржај мери у еквивалентним килотонама (~4,184 тераџула или 4,184 ТЈ или 1,162 ГВх) или мегатонама (~4,184 пета џула или 4.184 ПЈ или 1.162 ТВх) ТНТ-а. Међутим, топлота сагоревања износи 14,5 мега џула по килограму или 14,5 MJ/kg или 4,027 kWh/kg, што захтева да део угљеника у ТНТ-у реагује са атмосферским кисеоником, што се не дешава у почетном догађају.

Поређења ради, барут садржи 3 мегаџула по килограму, динамит 7,5 мегаџула по килограму, а бензин 47,2 мегаџула по килограму (иако је за бензин потребан оксиданс, тако да оптимизована мешавина бензина и О 2 садржи 10,4 мегаџула по килограму).

Детекција