TRINITROTOLUEN (TNT): STRUKTUR, EGENSKABER, ANVENDELSER, RISICI, EKSPLOSION - KEMI - 2025

Den trinitrotoluen er en organisk forbindelse, der består af carbon, oxygen, hydrogen og nitrogen tre nitrogrupper -NO ₂. Dens kemiske formel er C ₆ H ₂ (CH ₃) (NO ₂) ₃ eller også den kondenserede formel C ₇ H ₅ N ₃ O ₆.

Dets fulde navn er 2,4,6-trinitrotoluen, men det er almindeligt kendt som TNT. Det er et hvidt krystallinsk fast stof, der kan eksplodere, når det opvarmes over en bestemt temperatur.

2,4,6-trinitrotoluen-krystaller, TNT. Wremmerswaal. Kilde: Wikimedia Commons.

Tilstedeværelsen i trinitrotoluen af de tre nitrogrupper -NOz ₂ grupper favoriserer, at det eksploderer med nogle problemer. Af denne grund er det blevet vidt brugt i eksplosionsanordninger, projektiler, bomber og granater.

Det er også blevet brugt til sprængning under vand, i dybe brønde og til industrielle eksplosioner eller ikke-krig.

TNT er et delikat produkt, der også kan eksplodere fra meget stærke slag. Det er også giftigt for mennesker, dyr og planter. De steder, hvor deres eksplosioner har fundet sted, er forurenet, og der gennemføres undersøgelser for at fjerne resterne af denne forbindelse.

En måde, der kan være effektiv og billig til at reducere koncentrationen af ​​TNT i det forurenede miljø er ved at bruge nogle typer bakterier og svampe.

Kemisk struktur

2,4,6-trinitrotoluen består af en C ₆ H ₅ -CH ₃ toluen molekyle, hvortil tre nitro -NOz ₂ grupper er blevet tilsat.

De tre nitrogrupper -NO ₂ grupper er placeret symmetrisk på benzenringen toluen. De findes i positionerne 2, 4 og 6, hvor position 1 svarer til methyl-CH ₃.

Kemisk struktur af 2,4,6-trinitrotoluen. Edgar181. Kilde: Wikimedia Commons.

nomenklatur

- Trinitrotoluen

- 2,4,6-Trinitrotoluen

- TNT

- Trilita

- 2-methyl-1,3,5-trinitrobenzen

Ejendomme

Fysisk tilstand

Farveløst til svagt gult krystallinsk fast stof. Nåleformede krystaller.

Molekylær vægt

227,13 g / mol.

Smeltepunkt

80,5 ° C

Kogepunkt

Det koger ikke. Det nedbrydes med en eksplosion ved 240 ºC.

Flashpoint

Det er ikke muligt at måle det, fordi det eksploderer.

Massefylde

1,65 g / cm ³

Opløselighed

Næsten uopløselig i vand: 115 mg / l ved 23 ° C. Meget let opløselig i ethanol. Meget opløselig i acetone, pyridin, benzen og toluen.

Kemiske egenskaber

Kan nedbrydes eksplosivt ved opvarmning. Når den når 240 ° C, eksploderer den. Det kan også eksplodere, når det bliver hårdt ramt.

Når den opvarmes til nedbrydning, producerer den giftige gasser af nitrogenoxider NO _x.

TNT-eksplosionsproces

Eksplosionen af ​​TNT fører til en kemisk reaktion. Grundlæggende er det en forbrændingsproces, hvor energi frigives meget hurtigt. Derudover udsendes gasser, som er midler til at overføre energi.

TNT eksploderer let, når den opvarmes over 240 ° C. Forfatter: OpenClipart-Vectors. Kilde: Pixabay.

For at der kan forekomme en forbrændingsreaktion (oxidation), skal der være brændstof og oxidant.

I tilfældet med TNT, begge er i det samme molekyle, eftersom kulstof (C) og hydrogen (H) atomer er brændstofferne og oxidanten er oxygen (O) af nitrogrupperne -NO ₂ grupper. Dette gør det muligt for reaktionen at være hurtigere.

TNT-oxidationsreaktion

Under forbrændingsreaktionen fra TNT forbliver omorganerne atomer og ilt (O) tættere på kulstof (C). Derudover reduceres nitrogenet i –NO ₂ til dannelse af nitrogengas N2 , som er en meget mere stabil forbindelse.

Den eksplosions-kemiske reaktion af TNT kan opsummeres som følger:

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

Kulstof (C) produceres under eksplosionen i form af en sort sky, og der dannes også kulilte (CO), hvilket skyldes, at der ikke er nok ilt i molekylet til fuldstændigt at oxidere alle kulstofatomer (C) og hydrogen (H) til stede.

Opnåelse af TNT

TNT er en forbindelse fremstillet kun kunstigt af mennesker.

Det findes ikke naturligt i miljøet. Det produceres kun i nogle militære installationer.

Det fremstilles ved nitrering af toluen (C ₆ H ₅ -CH ₃) med en blanding af salpetersyre HNO ₃ og svovlsyre H ₂ SO ₄. Først opnås en blanding af ortho- og para-nitrotoluener, som ved efterfølgende kraftig nitrering danner den symmetriske trinitrotoluen.

Anvendelser af TNT

I militære aktiviteter

TNT er et sprængstof, der er blevet brugt i militære apparater og eksplosioner.

Håndgranater kan indeholde TNT. Forfattere: Materialscientist, Nemo5576 og Tronno. Kilde: Wikimedia Commons.

Det bruges til at fylde projektiler, granater og luftbårne bomber, da det er ufølsomt nok for den påvirkning, der er modtaget, til at forlade et våbenes tønde, men det kan eksplodere, når det rammer af en detonerende mekanisme.

Luftbomber kan indeholde TNT. Forfatter: Christian Wittmann. Kilde: Pixabay.

Det er ikke designet til at fremstille betydelig fragmentering eller udsætte projektiler.

I industrielle applikationer

Det er blevet brugt til eksplosioner af industriel interesse, til sprængning under vand (på grund af dets uopløselighed i vand) og dybe brøndeksplosioner. Tidligere blev det oftest brugt til nedrivning. Det bruges i øjeblikket sammen med andre forbindelser.

Foto af resultatet af en eksplosion til nedrivning af klipper i 1912. På det tidspunkt blev TNT brugt til sprængning, som f.eks. Krævede at åbne veje for jernbaner. Internetarkivbogbilleder. Kilde: Wikimedia Commons.

Det har også været en formidler for farvestoffer og fotografiske kemikalier.

Risici for TNT

Kan eksplodere, hvis de udsættes for intens varme, ild eller kraftigt stød.

Det er irriterende for øjne, hud og luftvej. Det er en meget giftig forbindelse både for mennesker og for dyr, planter og mange mikroorganismer.

Symptomer på eksponering for TNT inkluderer hovedpine, svaghed, anæmi, giftig hepatitis, cyanose, dermatitis, leverskade, konjunktivitis, dårlig appetit, kvalme, opkast, diarré, blandt andre.

Det er et mutagen, det vil sige, det kan ændre den genetiske information (DNA) af en organisme, der forårsager ændringer, der kan relateres til forekomsten af ​​arvelige sygdomme.

Det er også blevet klassificeret som kræftfremkaldende eller kræftgenerator.

Forurening af miljøet med TNT

TNT er påvist i jord og farvande i områder med militære operationer, i fremstillingssteder for ammunition og hvor militære træningsoperationer udføres.

Jord og farvande i krigszoner eller militære operationer er forurenet med TNT. Forfatter: Michael Gaida. Kilde: Pixabay.

Forurening med TNT er farligt for dyr, mennesker og planter. Selvom TNT i øjeblikket bruges i mindre mængder, er det en af ​​de nitroaromatiske forbindelser, der er blevet brugt mest i sprængstofindustrien.

Af denne grund er det en af ​​dem, der bidrager mest til miljøforurening.

Løsning på TNT-kontaminering

Behovet for at "rense" regioner, der er kontamineret med TNT, har motiveret udviklingen af ​​adskillige saneringsprocesser. Afhjælpning er fjernelse af forurenende stoffer fra miljøet.

Afhjælpning med bakterier og svampe

Mange mikroorganismer er i stand til at bioremediere TNT, såsom bakterier af slægten Pseudomonas, Enterobacter, Mycobacterium og Clostridium.

Det har også vist sig, at der er visse bakterier, der har udviklet sig på steder, der er forurenet med TNT, og som kan overleve og også nedbryde eller metabolisere den som en næringskilde.

Escherichia coli har for eksempel vist en enestående evne til biotransformation af TNT, da den har flere enzymer til at angribe den, samtidig med at den viser en høj tolerance over for dens toksicitet.

Derudover kan nogle svampearter biotransformere TNT og omdanne det til ikke-skadelige mineraler.

Afhjælpning med alger

På den anden side har nogle forskere fundet, at Spirulina platensis-algen har evnen til at adsorbere på overfladen af ​​dets celler og assimilere op til 87% af TNT, der er til stede i farvande, der er forurenet med denne forbindelse.

Tolerancen af ​​disse alger over for TNT og dens evne til at rene vand, der er forurenet med den, indikerer det store potentiale af disse alger som en phytoremediator.

Referencer

1. US National Library of Medicine. (2019). 2,4,6-trinitrotoluen. Gendannes fra pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Murray, SG (2000). Sprængstoffer. Eksplosionsmekanisme. I Encyclopedia of Forensic Sciences 2000, sider 758-764. Gendannes fra sciencedirect.com.
3. Adamia, G. et al. (2018). Om muligheden for alga Spirulina-anvendelse til fytoremediering af vand forurenet med 2,4,6-trinitrotoluen. Annals of Agrarian Science 16 (2018) 348-351. Gendannes fra reader.elsevier.com.
4. Serrano-González, MY et al. (2018). Biotransformation og nedbrydning af 2,4,6-trinitrotoluen ved mikrobiel metabolisme og deres interaktion. Defense Technology 14 (2018) 151-164. Gendannes fra pdf.sciencedirectassets.com.
5. Iman, M. et al. (2017). Systembiologisk tilgang til bioremediering af nitroaromatika: Begrænsningsbaseret analyse af 2,4,6-Trinitrotoluen-biotransformation ved Escherichia coli. Molecules 2017, 22, 1242. Gendannes fra mdpi.com.
6. Windholz, M. et al. (redaktører) (1983). Merck-indekset. En encyklopædi af kemikalier, lægemidler og biologiske stoffer. Tiende udgave. Merck & CO., Inc.
7. Morrison, RT og Boyd, RN (2002). Organisk kemi. 6. udgave. Prentice-Hall.