Tnt

TNT- jest to inna nazwa trotylu, dlatego będę używał tych nazw naprzemiennie. Trotyl jest związkiem należącym do związków nitrowych, które charakteryzują się występowaniem grupy nitrowej o wzorze .

Czym są te związki nitrowe? już wyjaśniam:

Warunek, który musi spełniać związek nitrowy jest taki, że grupa nitrowa musi być połączona bezpośrednio z atomem węgla w alkilu pochodzącym od węglowodorów lub pośrednio, ale przez atom inny niż tlen. Grupa nitrowa jest na tyle ciekawa, że nie można jej opisać klasycznym wzorem kreskowym, gdyż w tej grupie występuje delokalizacja elektronów, czyli sytuacja, gdy elektron (tutaj pochodzący od azotu) bierze udział w dwóch wiązaniach jednocześnie. Ze względu na ten fakt, grupa nitrowa wygląda następująco:

|; |;
<------>
|; |;

Dwukropek oznacza właśnie delokalizację elektronową, a jak ją wyjaśnić dokładnie?
W wiązaniach biorą udział elektrony walencyjne, czyli elektrony znajdujące się na ostatniej powłoce elektronowej. W delokalizacji elektronowej, jeden z elektronów walencyjny, biorący udział w wiązaniu, 'skacze’ pomiędzy dwoma wiązaniami, czyli raz bierze udział w jednym, a raz w drugim wiązaniu, czyli w dwóch jednocześnie. Istnieją jednak związki chemiczne, które mają w nazwie przedrostek nitro- i grupę nitrową, lecz nie są związkami nitrowymi, gdyż grupa nitrowa jest połączona z alkilem przez tlen, lub zamiast alkilu jest pochodna węglowodoru.
Takimi związkami są:

-nitrogliceryna- wybuchowy ester powstały z reakcji gliceryny i kwasu azotowego (V)

-nitroceluloza- ester pochodzący od celulozy i kwasu azotowego (V) [tak- od celulozy]

Ale wróćmy do trotylu.
Zacznijmy od pytania: Jak otrzymać trotyl?
Możemy go otrzymać w reakcji trójstopniowego nitrowania toluenu, mieszaniną nitrującą.
Już wyjaśniam przebieg reakcji wraz z jego składnikami:

toluen to węglowodór, w którym występują trzy wiązania podwójne.
Sumarycznie wygląda on tak:
Jest on związkiem w formie pierścieniowatej, więc jego wzór wygląda następująco:

|

|

/ \ /

|| |

//

|

Teraz zajmijmy się mieszaniną nitrującą:
Jest to po prostu mieszanina stężonego kwasu azotowego (V) i stężonego kwasu siarkowego (VI) w stosunku 2:1 (stosunek masowy) i w stosunku 3:5 (stosunek objętościowy).

Zajmijmy się teraz wyjaśnieniem reakcji nitrowania.
Reakcja nitrowania polega na wymianie jednego atomu wodoru w cząsteczce węglowodoru na grupę nitrową, ale jak ją otrzymać? Otóż grupę nitrową otrzymujemy za pomocą mieszaniny nitrującej, która wytwarza nam grupę nitrową. A po co nam kwas siarkowy (VI)? jest to katalizator, nie tylko przyspieszający reakcję nitrowania toluenu (lub innego związku organicznego), ale również, gdy zostanie wymieszany z kwasem azotowym (V), tworzy grupę nitrową. Reakcja, która zachodzi w mieszaninie nitrującej wygląda następująco:

<--(reakcja odwracalna)-->

Zaszła tu również absorpcja wody, czyli woda 'przyjęła’ do siebie atom wodoru, który został odłączony od kwasu azotowego (V).

Gdy wiemy skąd bierze się grupa nitrowa, potrzebna do trójstopniowego nitrowania toluenu, zajmijmy się trójstopniowym nitrowaniem toluenu.
Mimo, że nitrowaniatoluenu do trotylu jest trójstopniowa, to jest prostsza reakcja, która od razu stwarza nam trotyl, ale jest do tego potrzebna dodatkowo wysoka temperatura. Zapis wygląda następująco (pamiętaj, że kwasy są stężone):

–(+temperatura)–>

Przy tej reakcji musimy być ostrożni, gdyż istnieje ryzyko utlenienia grupy metylowej przez dwutlenek azotu, co niesie za sobą silną reakcję egzotermiczną i może doprowadzić do straty kontroli nad reakcją oraz jej eksplozją.

Jak zauważyliście – otrzymaliśmy właśnie trotyl. Wymaga to jednie toluenu, mieszaniny nitrującej oraz podwyższonej temperatury, gdyż, gdyby nie było tej podwyższonej temperatury, to wtedy otrzymalibyśmy orto-nitrotoluen i para-nitrotoluen po czym musielibyśmy je poddać dwukrotnie ponownemu nitrowaniu, aż do otrzymania TNT, lub musielibyśmy otrzymać mono-nitrotoluen po czym go znowu poddać nitrowaniu, aż otrzymamy TNT

Teraz wiemy jak otrzymać trotyl, ale nie znamy jego nazwy chemicznej! Trotyl, czy TNT to nazwy zwyczajowe, prawdziwa nazwa tego związku to: 2,4,6-trinitrotoluen. Widzicie, że łatwiejsza do zapamiętania jest nazwa zwyczajowa, lecz warto znać też nazwę fachową. Skoro znacie wzór sumaryczny TNT ( ) to przydałoby się znać również jego wzór strukturalny. Popatrzcie niżej- taki jest wzór strukturalny trotylu:

|

|

/ \ /

|| |

//

|

Zajmijmy się teraz jego właściwościami:
-jest to żółte, krystaliczne ciało stałe
-ma gęstość większą od gęstości wody
-prawie nierozpuszczalny w wodzie (przy 115mg na 1l wody o temperaturze to naprawdę mało), ale dobrze rozpuszcza się w rozpuszczalnikach organicznych
-jest twardym materiałem wybuchowym
-topnieje w temperaturze
-wybuch następuje dopiero w temperaturze
-jest odporny na uderzenia i tarcie
-temperatura podczas detonacji sięga ok.
-Maksymalne ciśnienie przy wybuchu wynosi aż (gigapascale)

Żeby zainicjować wybuch trotylu, jest potrzebny silny zapalnik lub można go także zdetonować bezpośrednio lontem detonującym owijając nim ładunek na bazie trotylu co najmniej 2 razy. Odziwo trotyl w formie ciekłej (po stopieniu) jest palny, ale nie detonuje, gdyż temperatura płomieni jest za niska, by zainicjować wybuch.

Czas teraz na historię odkrycia trotylu:
Trotyl został wynaleziony przez Niemca, który zwał się Julius Bernhard Friedrich Adolph Wilbrand. Wynalazł on trotyl w 1863 roku (Nagroda Nobla była o wiele później), choć jako środek wybuchowy został wykorzystany dopiero ok. trzydzieści lat po jego wynalezieniu. Państwo, które jako pierwsze na świecie wyprodukowało trotyl na skalę komercyjną, były same Niemcy w 1901 r.

Skoro TNT to materiał wybuchowy, to od razu wiadomo, że jest wykorzystywany w napełnianiu min i pocisków (pociski bombowe), czyli na potrzeby wojskowe oraz przemysł wydobywczy (głównie w górnictwie). Dodatkowo trotyl wykorzystuje się w procesie szczelinacji hydraulicznej co zwiększa skuteczność odwiertów. Jest on także składnikiem materiałów wybuchowych takich jak, np.: oktol, torpeks, H-6, HTA, itp…

Trotyl luzem przeważnie występuje w 200g prasowanych kostkach oraz jako 75g , walcowy nabój wiertniczy. Bywa również w postaci 1kg kostek oraz w ładunkach cylindrycznych o wadze 5kg i 8kg.

Mimo że TNT jest substancją bezpieczną w przechowywaniu (ze względu na dużą odporność na tarcie i uderzenie) oraz, to że w podpalony w stanie ciekłym nie wybucha (co uniemożliwia przypadkowy wybuch) jest niebezpieczny. A dlaczego? Już wyjaśniam: Jest on niebezpieczny dla organizmów żywych, gdyż jeśli my lub inne organizmy żywe będą wystawieni na duże dawki TNT, mogą zapadnąć na: anemię, zaburzenie czynności wątroby. Ponadto u zwierząt (które przyjmowały trotyl doustnie lub go wdychały) stwierdzano powiększanie się śledziony i uszkodzenie układu odpornościowego. Dodatkowo u ludzi TNT podrażnia skórę i zmniejsza płodność u mężczyzn. Najprawdopodobniej trotyl nie ma właściwości rakotwórczych.

Trotyl wykorzystujemy również w opisywaniu mocy innych ładunków wybuchowych (najczęściej ładunków jądrowych), porównując moc wybuchu innych ładunków wybuchowych do wagi trotylu (wyrażonej w tonach), która ma taką samą moc wybuchu co inny ładunek wybuchowy.

Przyjmuje się, że 1 gram trotylu ma moc od 4100 do 4600 dżuli (J) energii, lecz tak naprawdę przyjmuje się, że jest to 4184 J co przekłada się na to że 1 tona trotylu odpowiada w praktyce ok. 4184 J. Wiecie jaka to jest siła? Jeśli nie to wyobraźcie sobie taką kulkę od łożyska, jeśli zostanie ona wypchnięta przez wybuch 1kg trotylu, to ta kulka od łożyska, byłaby w stanie zabić człowieka oddalonego nawet 500m od miejsca wybuchu. A na jakiej podstawie określa się siłę wybuchu? Określa się ją najczęściej na podstawie prędkości rozchodzenia się fali uderzeniowej powstałej po wybuchu ładunku.

Jak wiemy- trotyl w stanie ciekłym pali się, lecz nie detonuje (choć spalanie trotylu jest reakcją egzoenergetyczną, ale przeważnie płomień nie osiągnie temperatury wybuchu). Jak wygląda spalanie trotylu? Już tłumaczę: Podczas spalania TNT wydziela się spora ilość węgla i jego tlenków (czyli: , toksyczne ) oraz cząsteczek azotów. Reakcja ta wygląda następująco:

–(temperatura-dla spalania)–>

Skoro wiemy teraz jak spala się trotyl to teraz zajmijmy się reakcją wybuchu trotylu. Najpierw może zobaczcie jak wybucha 1kg trotylu (Eksplozja 1 kg TNT (trotyl) – YouTube), a później porównajcie to z wybuchem 100 ton trotylu (Wybuch 100 ton trotylu – YouTube). Teraz widzicie z jaką siłą wybucha trotyl- czy to, gdy ma 1kg, czy 100t. Różnica jest znacząca, lecz widzicie, że trotyl ma wielką siłę, a niebezpieczne podczas takiego wybuchu jest nie tylko sam wybuch, lecz także odłamki, które są wypierane przez wybuch i lecą przed siebie na niczego nie spodziewających się ludzi (lub panikujących po wybuchu) oraz same produkty wydzielane podczas wybuchu (bo mogą być one również wybuchowe). Omówmy sobie reakcję, która zachodzi podczas takiego wybuchu (pamiętaj, że jest to reakcja endoenergetyczna, bo jest wydzielane ciepło). Podczas wybuchu, do otoczenia 'wpływa’ duża ilość m.in: tlenków węgla, metanu (produkt wybuchowy o którym było wspominane), wodorowęglanu amonu, oraz innych związków. O to jak wygląda ta reakcja (wybuchu oczywiście):

Nie jest to jednak poprawny zapis, gdyż występują tam połowy, a nie można wziąć połowy cząsteczki do reakcji, dlatego mnożymy obie strony razy dwa, przez co otrzymujemy:

/

Teraz wiecie jak spala się i wybucha TNT oraz dodatkowo jakie produkty tej reakcji powstają w wyniku utleniania (tu chodzi mi o spalanie) oraz podczas wybuchu (czyli gwałtowne wydzielenie dużych ilości energii, któremu towarzysz nagły i wielki skok temperatury oraz ciśnienia, emisja promieniowania i fal akustycznych). Jedno jest narazie pewne: trudno zapamiętać produkty wybuchu TNT. Ale wracając do niebezpieczeństwa spowodowanego wybuchem trotylu to trzeba pamiętać, że wybuch w zamkniętym pomieszczeniu jest groźniejszy od wybuchu na otwartej przestrzeni. A dlaczego? Już wyjaśniam: Fala uderzeniowa, w zamkniętym pomieszczeniu, nie rozchodzi się swobodnie, tylko odbija się od ścian, tym samym potęgując wyrządzone zniszczenia.

Mam do was pytanie:
Czy da się zmniejszyć temperaturę wymaganą do detonacji TNT?

Oczywiście, że się da. Za pomocą dodania do trotylu siarki () lub tlenku żelaza (III) Fe2O3 Po dodaniuu tych substancji do TNT, zmniejszymy temperaturę wymaganą do detonacji z do . Procenty przy substancjach oznaczają jaką część masy TNT musi być dodane dla tego spadku wymagania temperatury.

Ciekawostka:
TNT znajdziemy nie tylko w wojsku czy w przemyśle wydobywczym, ale również w grach komputerowych jak na przykład TNT z Minecraft’a, który jest Minecraft’owym odpowiednikiem realistycznego trotylu (i do tego pod tą samą nazwą występują, czyli pod nazwą TNT, tylko że w realu jest to nazwa zwyczajowa oraz mają inne sposoby otrzymywania).

A teraz pytanie: co się dzieje po wybuchu dużej ilości trotylu?
Jak wiadomo są to: zniszczenia w zasięgu działania TNT, zniszczenia dalsze od zasięgu działania spowodowane falą uderzeniową powstałą po wybuchu oraz skażenie terenu produktami powstałymi po wybuchu oraz resztkami trotylu. Przejdźmy teraz do informacji jak oczyszcza się tereny skażone trotylem.

Jak oczyszczać środowisko z trotylu?
Wiele mikroorganizmów (głównie bakterii) ma zdolność bioremediacji (sposób oczyszczania/usuwania zanieczyszczeń z gleby i wód za pomocą żywych organizmów) trotylu oraz istnieją takie bakterie, które wyewoluowały w miejscach skażonych TNT przez co mogą przeżyć, oraz degradować lub metabolizować go jako źródło składników odżywczych. Dodatkowo niektóre gatunki grzybów mają zdolność biotransformacji TNT, zamieniając go w substancje, które są nieszkodliwe. Trotyl z wody dobrze oczyszczają algi Spiruliny platensisa, która ma zdolność adsorbowania (wspominałem o tym przy reakcji zachodzącej w mieszaninie nitrozującej, czyli przy wyjaśnianiu skąd bierze się grupa nitrowa) na powierzchni swoich komórek i asymilacji (przystosowania) ok. 87% TNT obecnego w zanieczyszczonych jego związkiem wodach.

Teraz wiecie bardzo wiele o trotylu, związkach nitrowych oraz grupie nitrowej. Puentując informacje zebrane o TNT to mogę powiedzieć, że TNT jest substancją bezpieczną, ale tylko do przechowywania. Gdybyśmy chcieli ją podpalić mielibyśmy na pewno problemy nie tylko z własnym zdrowiem (jeśli będziemy zbyt blisko), ale i także z policją jeśli zniszczenia będą znaczne (nie opłaca się detonować trotylu). Wiemy do tego jak przebiega reakcja spalania i wybuchu TNT i znamy ich produkty oraz wiemy jak wygląda wybuch trotylu. Wiemy jak go otrzymać oraz dodatkowe zagrożenia podczas wybuchu, które są groźniejsze od wybuchu. Wiemy też jak oczyszczamy tereny skażone trotylem i czym oraz jak to robią. Wiemy co się dzieje podczas wybuchu trotylu, a co się dzieje po nim.

Nie pozostało mi nic innego do powiedzenia (raczej do napisania, ale rozumiecie) jak tylko:

Koniec