Trotyl (TNT, trinitrotoluen, 2,4,6-trinitrometylobenzen) jest żółtą substancją krystaliczną o dość niskiej temperaturze topnienia wynoszącą ok. 80,6°C. Trotyl praktycznie nie rozpuszcza się w wodzie, lecz jest dość dobrze rozpuszczalny w stężonych kwasach - siarkowym(VI) i azotowym(V), oraz rozpuszczalnikach organicznych. W 100ml acetonu rozpuszcza się aż 2678g TNT, 2028g w benzenie i 1685g w toluenie (w temperaturze 75°C).Trotyl jest praktycznie niehigroskopijny, a maksymalna zawartość wody sięga 0,05%. Gęstość trotylu waha się w granicach: 0,9 (gęstość usypowa) do 1,61 g/cm3 (sprasowany pod ciśnieniem 4125 kG/cm2). Stopiony i prasowany podczas krzepnięcia ciśnieniem 5kG/cm2 osiąga gęstość 1,62g/cm3.
W zakresie temperatur 0-35°C trotyl jest typowym kruchym ciałem stałym. W zakresie 35-40°C, (a dla bardzo czystego trotylu 45-47°C) zauważamy przejście do stanu plastycznego, które utrzymuje się aż do stopienia w temp. ok. 81-82°C.
Trotyl rozkłada się wybuchowo wg równania (Kast):
16 C7H5 (NO2)3 -> 20 CO2 + 47 CO + CH4 + H2O + 2 C2H2 + 2 HCN + 14,5 H2 + 21,5 N2 + 3 NH4HCO3 + 29 C,
Teoretyczny rozkład do produktów termodynamiczniue trwałych:
2 C7H5 (NO2)3 -> 2 CO2 + 3 CO + 5 H2O + 3 N2 + 9 C,
a ciepło wybuchu wynosi: Cw=3976,7 kJ/kg, przy objętości gazów po detonacyjnych V0=690 l/kg i temperaturze 2820 °C.
Wrażliwość trotylu na uderzenie rośnie wraz ze wzrostem temperatury i tak uderzenie 2kg walcem pobudza trotyl: z 43cm przy temp.: -40°C, 36cm przy temp.: 20°C, 18cm przy temp.: 80°C i tylko 5cm przy temperaturze 100-105°C. Niektóre dodatki zwiększają zdolność do pobudzenia trotylu. Wśród takowych możemy wymienić azotan amonu czy siarkę.
Wydęcie w bloku ołowianym (próba Trauzla) wynosi 260-310cm3, co stanowi 94-96% wartości odnotowanej dla kwasu pikrynowego.
Prędkość detonacji dla trotylu to 4100m/s dla gęstości 0,83g/cm3, 5900m/s dla gęstości 1,40g/cm3 i 6990m/s dla gęstości 1,62g/cm3.
Otrzymywanie:
TNT produkuje się przez stopniowe nitrowanie toluenu przez nitrotoluen i dinitrotoluen do trinitropochodnej. Otrzymywanie dinitropochodnej opisane jest w innym artykule więc aby się nie powtarzać zapraszam do jego lektury: TUTAJ, a ja opisze tylko otrzymywanie TNT z DNT.
Odczynniki:
- dinitrotoluen
- kwas azotowy(V) (100%, d=1,51g/cm3)
- 15% oleum (d=1,92 g/cm3)
- kolba czteroszyjna 500ml
- termometr do 150°C
- chłodnica zwrotna
- wkraplacz 250ml
- mieszadło mechaniczne
- łaźnia olejowa
Do kolby zaopatrzonej w chłodnice zwrotną, termometr, mieszadło i wkraplacz wprowadzamy ok. 90g dinitrotoluenu (DNT)
i umieszcza ja na łaźni olejowej. Rozpoczyna się powolne ogrzewanie do temperatury ok. 90°C, po czym przy energicznym mieszaniu wprowadza się z wkraplacza 145g (77cm3) 15% oleum i podgrzewany do temperatury 100-115°C.Gdy DNT całkowicie się rozpuści umieszczamy we wkraplaczu uprzednio przygotowaną mieszaninę nitrującą składająca się z 72,5g (40cm3) kwasu azotowego i 72,5g (39cm3) 15% oleum i rozpoczynamy jej wkraplanie przy jednoczesnym energicznym mieszaniu całej mieszaniny reakcyjnej.
Mieszaninę nitrującą wprowadzamy z taką prędkością by całkowity czas wkraplania wyniósł ok. 1,5-2h. Po tym czasie wygrzewamy jeszcze mieszaninę w temperaturze 110-115°C przez ok. 2h nieustannie mieszając. Gdy całość ostygnie wylewamy zawartość kolby do 2000cm3 wody odsączamy wytrącone kryształy i przemywamy je kilkakrotnie czystą wodą.
Surowy zanieczyszczony kwasami produkt należy oczyścić. Proces oczyszczania prowadzi się w następujący sposób.
Surowy TNT wprowadza się do 1000cm3 wody i ogrzewa do temperatury 85°C, po czym zlewa się wodę znad roztopionego trotylu. Czynność powtarza się kilkakrotnie, aż do momentu gdy woda zlewana znad trotylu nie będzie kwaśna. Po odkwaszeniu roztapiamy TNT w tej samej ilości wody i powoli chłodzimy do temperatury ok. 50°C. W tej temperaturze trotyl zaczyna krystalizować w postaci granulek.
Produkt odsącza się i zadaje pięciokrotną ilością (wagowo) 6% roztworu siarczanu(IV) sodu (siarczynu sodowego) i miesza energicznie w temperaturze 30-40°C. po tym czasie chłodzi się mieszaninę i odsącza część stałą. Trotyl przemywamy wodą do całkowitego wymycia siarczynu sodowego.
W celu dokładniejszego oczyszczenia TNT możemy rekrystalizować go z alkoholu etylowego.
Otrzymujemy ok. 70% wydajności teoretycznej.
Artykuł napisał:
Tchemik
Źródła:
T. Urbański - Chemia i technologoa materiałów wybuchowych,
W.P. Center - Preparatyka materiałów wybuchowych i produktów pośrednich.