TRINITROTOLUEN (TNT): STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ, RIZIKA, VÝBUCH - CHEMIE - 2025

Trinitrotoluen je organická sloučenina sestávající z uhlíku, kyslíku, vodíku a dusíku, tři nitroskupiny -NO ₂. Jeho chemický vzorec je C ₆ H ₂ (CH ₃) (NO ₂) ₃, nebo také kondenzované vzorec C ₇ H ₅ N ₃ O ₆.

Jeho plné jméno je 2,4,6-trinitrotoluen, ale obecně se nazývá TNT. Je to bílá krystalická pevná látka, která může při zahřátí nad určitou teplotu vybuchnout.

Krystaly 2,4,6-trinitrotoluenu, TNT. Wremmerswaal. Zdroj: Wikimedia Commons.

Přítomnost v trinitrotoluen ze tří nitro -NO ₂ skupin podporuje skutečnost, že exploduje s určitou lehkostí. Z tohoto důvodu je široce používán ve výbušných zařízeních, projektilech, bombách a granátech.

Používá se také pro tryskání pod vodou, do hlubokých studní a pro průmyslové nebo válečné výbuchy.

TNT je delikátní produkt, který může explodovat i při velmi silných úderech. Je také toxický pro lidi, zvířata a rostliny. Místa, kde došlo k jejich výbuchům, byla kontaminována a provádějí se výzkumy, aby se odstranily zbytky této sloučeniny.

Jedním ze způsobů, jak efektivně a levně snížit koncentraci TNT v kontaminovaném prostředí, je použití některých typů bakterií a hub.

Chemická struktura

2,4,6-trinitrotoluen je tvořen molekulou toluenu C ₆ H ₅ -CH ₃, na nichž tři nitro -NO ₂ byly přidány skupiny.

Tři nitroskupiny -NO ₂ skupiny jsou umístěny symetricky na benzenovém kruhu toluenu. Ty se nacházejí v polohách 2, 4 a 6, kde poloha 1 odpovídá methyl -CH ₃.

Chemická struktura 2,4,6-trinitrotoluenu. Edgar181. Zdroj: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

- Trinitrotoluen

- 2,4,6-trinitrotoluen

- TNT

- Trilito

- 2-methyl-l, 3,5-trinitrobenzen

Vlastnosti

Fyzický stav

Bezbarvá až světle žlutá krystalická pevná látka. Krystaly ve tvaru jehly.

Molekulární váha

227,13 g / mol.

Bod tání

80,5 ° C

Bod varu

To se vaří. Rozkládá se při výbuchu při 240 ° C.

Bod vzplanutí

Není možné jej změřit, protože exploduje.

Hustota

1,65 g / cm ³

Rozpustnost

Téměř nerozpustný ve vodě: 115 mg / l při 23 ° C. Velmi mírně rozpustný v ethanolu. Velmi rozpustný v acetonu, pyridinu, benzenu a toluenu.

Chemické vlastnosti

Při zahřátí se může výbušně rozkládat. Po dosažení 240 ° C exploduje. Může také explodovat, když je zasažen velmi tvrdě.

Při zahřátí na rozklad vytváří toxické plyny oxidů dusíku NO _x.

Proces výbuchu TNT

Výbuch TNT vede k chemické reakci. V zásadě jde o spalovací proces, ve kterém se energie uvolňuje velmi rychle. Kromě toho jsou emitovány plyny, které jsou činidly pro přenos energie.

TNT snadno exploduje při zahřátí nad 240 ° C. Autor: OpenClipart-Vectors. Zdroj: Pixabay.

Aby došlo ke spalovací reakci (oxidaci), musí být přítomno palivo a oxidační činidlo.

V případě TNT, oba jsou ve stejné molekule, protože uhlík (C) a vodíku (H) atomy jsou paliva a oxidačním činidlem je kyslík (O) z nitro -NO ₂ skupin. To umožňuje, aby reakce byla rychlejší.

Oxidační reakce TNT

Během spalovací reakce TNT dochází k přeskupení atomů a kyslíku (O) blíže k uhlíku (C). Kromě toho je dusík v -NO _2, se redukuje na plynný dusík N _2, což je mnohem více stabilní sloučenina.

Explozní chemickou reakci TNT lze shrnout takto:

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

Uhlík (C) je produkován během exploze ve formě černého mraku a také se tvoří oxid uhelnatý (CO), což je proto, že v molekule není dostatek kyslíku pro úplnou oxidaci všech atomů uhlíku (C) a vodík (H).

Získání TNT

TNT je směs vyrobená pouze uměle člověkem.

V prostředí se přirozeně nenachází. Vyrábí se pouze v některých vojenských zařízeních.

Je připraven nitrací toluenu (C ₆ H ₅ -CH ₃), se směsí kyseliny dusičné HNO ₃ a kyseliny sírové H ₂ SO ₄. Nejprve se získá směs ortho- a para-nitrotoluenů, které následnou silnou nitrací vytvoří symetrický trinitrotoluen.

Použití TNT

Ve vojenských činnostech

TNT je výbušnina, která se používá ve vojenských zařízeních a výbuchech.

Ruční granáty mohou obsahovat TNT. Autoři: Materialcientist, Nemo5576 a Tronno. Zdroj: Wikimedia Commons.

Používá se k naplnění projektilů, granátů a leteckých bomb, protože je dostatečně necitlivý na dopad, který byl přijat, aby opustil hlaveň zbraně, ale může explodovat, když je zasažen detonačním mechanismem.

Letecké bomby mohou obsahovat TNT. Autor: Christian Wittmann. Zdroj: Pixabay.

Není určen k produkci významné fragmentace nebo spouštění projektilů.

V průmyslových aplikacích

Používá se při výbuchech průmyslového zájmu, při odstřelování pod vodou (kvůli jeho nerozpustnosti ve vodě) a při explozích hlubokých vrtů. V minulosti se nejčastěji používala k demolici. V současné době se používá ve spojení s jinými sloučeninami.

Fotografie výsledku výbuchu na zbourání hornin v roce 1912. V té době byl TNT používán při trhacích pracích, vyžadujících například otevření silnic pro železnice. Internetové archivní knihy. Zdroj: Wikimedia Commons.

Byl také prostředníkem pro barviva a fotografické chemikálie.

Rizika TNT

Při vystavení intenzivnímu teplu, ohni nebo silnému nárazu může explodovat.

Dráždí oči, pokožku a dýchací cesty. Je to velmi toxická sloučenina pro člověka i pro zvířata, rostliny a mnoho mikroorganismů.

Mezi příznaky expozice TNT patří bolesti hlavy, slabost, anémie, toxická hepatitida, cyanóza, dermatitida, poškození jater, zánět spojivek, špatná chuť k jídlu, nevolnost, zvracení, průjem.

Jedná se o mutagen, to znamená, že může změnit genetickou informaci (DNA) organismu způsobující změny, které mohou souviset s výskytem dědičných chorob.

Byl také klasifikován jako karcinogen nebo generátor rakoviny.

Kontaminace životního prostředí TNT

TNT byl detekován v půdách a vodách v oblastech vojenských operací, v místech výroby munice a tam, kde jsou prováděny vojenské výcvikové operace.

Půdy a vody válečných zón nebo vojenských operací byly kontaminovány TNT. Autor: Michael Gaida. Zdroj: Pixabay.

Kontaminace TNT je nebezpečná pro život zvířat, lidí a rostlin. Ačkoli se TNT v současné době používá v menších množstvích, jedná se o jednu z nitroaromatických sloučenin, která se v průmyslu výbušnin používá nejvíce.

Z tohoto důvodu je jedním z těch, které nejvíce přispívají ke znečištění životního prostředí.

Řešení kontaminace TNT

Potřeba „čistých“ oblastí kontaminovaných TNT motivovala rozvoj několika nápravných procesů. Sanace je odstranění znečišťujících látek z životního prostředí.

Sanace bakteriemi a houbami

Mnoho mikroorganismů je schopno bioremediaci TNT, jako jsou bakterie rodu Pseudomonas, Enterobacter, Mycobacterium a Clostridium.

Bylo také zjištěno, že existují určité bakterie, které se vyvinuly v místech kontaminovaných TNT a které mohou přežít a také jej degradovat nebo metabolizovat jako zdroj živin.

Například Escherichia coli prokázala vynikající schopnost biotransformace TNT, protože má více enzymů k jejímu napadení, zatímco vykazuje vysokou toleranci vůči její toxicitě.

Kromě toho mohou některé druhy hub biotransformovat TNT a přeměnit je v neškodné minerály.

Sanace řasami

Na druhé straně někteří vědci zjistili, že řasa Spirulina platensis má schopnost adsorbovat se na povrchu svých buněk a asimilovat až 87% TNT přítomného ve vodách kontaminovaných touto sloučeninou.

Tolerance této řasy vůči TNT a její schopnost čistit vodu jí kontaminovanou naznačují vysoký potenciál této řasy jako fytoremediatoru.

Reference

1. Americká národní lékařská knihovna. (2019). 2,4,6-trinitrotoluen. Obnoveno z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Murray, SG (2000). Výbušniny. Mechanismus exploze. V Encyklopedii forenzních věd 2000, str. 758-764. Obnoveno z sciposedirect.com.
3. Adamia, G. a kol. (2018). O možnosti aplikace řasy Spirulina pro fytoremediaci vody znečištěné 2,4,6-trinitrotoluenem. Annals of Agrarian Science 16 (2018) 348-351. Obnoveno z reader.elsevier.com.
4. Serrano-González, MY a kol. (2018). Biotransformace a degradace 2,4,6-trinitrotoluenu mikrobiálním metabolismem a jejich interakce. Defense Technology 14 (2018) 151-164. Obnoveno z pdf.sciusalirectassets.com.
5. Iman, M. a kol. (2017). Systémový biologický přístup k bioremediaci nitroaromatiky: analýza založená na omezení biotransformace 2,4,6-trinitrotoluenu bakterií Escherichia coli. Molecules 2017, 22, 1242. Obnoveno z mdpi.com.
6. Windholz, M. a kol. (editoři) (1983). The Merck Index. Encyklopedie chemických látek, léčiv a biologických látek. Desáté vydání. Merck & CO., Inc.
7. Morrison, RT a Boyd, RN (2002). Organická chemie. 6. vydání. Prentice-Hall.