TNT - TNT

Trinitrotolueno
Trinitrotoluene.svg
TNT-de-xtal-1982-3D-balls.png
trinitrotolueno sólido
Nombres
Nombre IUPAC preferido
2-metil-1,3,5-trinitrobenceno
Otros nombres
2,4,6-Trinitrotolueno
2,4,6-Trinitrometilbenceno
2,4,6-Trinitrotoluol
TNT, Tolite, Trilite, Trinitrotoluol, Trinol, Tritolo, Tritolol, Triton, Tritone, Trotol, Trotyl
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
Abreviaturas TNT
CHEMBL
ChemSpider
DrugBank
Tarjeta de información ECHA 100.003.900 Edita esto en Wikidata
Número CE
KEGG
Número RTECS
UNII
un numero 0209 - Seco o humedecido con <30% de agua
0388, 0389 - Mezclas con trinitrobenceno, hexanitrostilbeno
  • EnChI = 1S / C7H5N3O6 / c1-4-6 (9 (13) 14) 2-5 (8 (11) 12) 3-7 (4) 10 (15) 16 / h2-3H, 1H3 ☒norte
    Clave: SPSSULHKWOKEEL-UHFFFAOYSA-N ☒norte
  • InChI = 1 / C7H5N3O6 / c1-4-6 (9 (13) 14) 2-5 (8 (11) 12) 3-7 (4) 10 (15) 16 / h2-3H, 1H3
  • InChI = 1 / C7H5N3O6 / c1-4-2-3-5 (8 (11) 12) 7 (10 (15) 16) 6 (4) 9 (13) 14 / h2-3H, 1H3
    Clave: FPKOPBFLPLFWAD-UHFFFAOYAR
  • Cc1c (cc (cc1 [N +] (= O) [O -]) [N +] (= O) [O -]) [N +] (= O) [O-]
Propiedades
C 7 H 5 N 3 O 6
Masa molar 227,132  g · mol −1
Apariencia Sólido amarillo pálido. Suelte "agujas", copos o gránulos antes de fundir . Un bloque sólido después de ser vertido en una carcasa.
Densidad 1,654 g / cm 3
Punto de fusion 80,35 ° C (176,63 ° F; 353,50 K)
Punto de ebullición 240,0 ° C (464,0 ° F; 513,1 K) (se descompone)
0,13 g / L (20 ° C)
Solubilidad en éter , acetona , benceno , piridina soluble
Presión de vapor 0,0002 mmHg (20 ° C)
Datos explosivos
Sensibilidad a los golpes Insensible
Sensibilidad a la fricción Insensible a 353 N
Velocidad de detonación 6900 m / s
Factor RE 1,00
Riesgos
Ficha de datos de seguridad ICSC 0967
Pictogramas GHS GHS01: explosivo GHS06: tóxico GHS08: peligro para la salud GHS09: peligro ambiental
Palabra de señal GHS Peligro
H201 , H301 , H311 , H331 , H373 , H411
P210 , P273 , P309 + 311 , P370 + 380 , P373 , P501
NFPA 704 (diamante de fuego)
2
4
4
Dosis o concentración letal (LD, LC):
LD 50 ( dosis media )
795 mg / kg (rata, oral)
660 (ratón, oral)
500 mg / kg (conejo, oral)
1850 mg / kg (gato, oral)
NIOSH (límites de exposición a la salud de EE. UU.):
PEL (permitido)
TWA 1,5 mg / m 3 [piel]
REL (recomendado)
TWA 0,5 mg / m 3 [piel]
IDLH (peligro inmediato)
500 mg / m 3
Compuestos relacionados
Compuestos relacionados
ácido pícrico
hexanitrobenceno
2,4-dinitrotolueno
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referencias de Infobox

Trinitrotolueno ( / ˌ t r ˌ n t r t ɒ lj u i n / ) más comúnmente conocido como TNT , o más específicamente 2,4,6-trinitrotolueno , es un compuesto químico con la fórmula C 6 H 2 (NO 2 ) 3 CH 3 . Este sólido amarillo se usa ocasionalmente como reactivo en síntesis química, pero es más conocido como material explosivo con propiedades de manejo conveniente. El rendimiento explosivo de TNT se considera la convención comparativa estándar de impactos de bombas e asteroides. En química, el TNT se utiliza para generar sales de transferencia de carga .

Historia

El TNT fue preparado por primera vez en 1863 por el químico alemán Julius Wilbrand y originalmente se usó como tinte amarillo. Su potencial como explosivo no fue reconocido durante tres décadas, principalmente porque era demasiado difícil de detonar porque era menos sensible que las alternativas. Sus propiedades explosivas fueron descubiertas por primera vez por otro químico alemán, Carl Häussermann, en 1891. El TNT se puede verter de forma segura en estado líquido en las carcasas de proyectiles, y es tan insensible que estuvo exento de la Ley de Explosivos del Reino Unido de 1875 y no se consideró un explosivo para el fines de fabricación y almacenamiento.

Las fuerzas armadas alemanas lo adoptaron como relleno para proyectiles de artillería en 1902. Los proyectiles perforadores de blindaje llenos de TNT explotarían después de haber penetrado el blindaje de las naves capitales británicas , mientras que los proyectiles rellenos de Lyddite británicos tendían a explotar al golpear el blindaje, por lo que gastando gran parte de su energía fuera de la nave. Los británicos comenzaron a reemplazar Lyddite con TNT en 1907.

La Armada de los Estados Unidos continuó llenando proyectiles perforadores de blindaje con explosivo D después de que algunas otras naciones cambiaron a TNT, pero comenzó a llenar minas navales , bombas , cargas de profundidad y ojivas de torpedos con cargas explosivas de TNT de grado B crudo con el color del azúcar moreno. y requiere una carga de refuerzo explosiva de TNT de grado A cristalizado granular para la detonación. Los proyectiles altamente explosivos se llenaron con TNT de grado A , que se convirtió en el preferido para otros usos a medida que se dispuso de capacidad química industrial para eliminar xileno e hidrocarburos similares de la materia prima de tolueno y otros subproductos del isómero nitrotolueno de las reacciones de nitración.

Preparación

En la industria, TNT se produce en un proceso de tres pasos. Primero, el tolueno se nitra con una mezcla de ácido sulfúrico y nítrico para producir mononitrotolueno (MNT). El MNT se separa y luego se renitra a dinitrotolueno (DNT). En el paso final, el DNT se nitra a trinitrotolueno (TNT) usando una mezcla anhidra de ácido nítrico y oleum . El proceso de fabricación consume ácido nítrico, pero el ácido sulfúrico diluido puede reconcentrarse y reutilizarse. Después de la nitración, el TNT se estabiliza mediante un proceso llamado sulfitación, en el que el TNT bruto se trata con una solución acuosa de sulfito de sodio para eliminar los isómeros menos estables de TNT y otros productos de reacción no deseados. El agua de enjuague de la sulfitación se conoce como agua roja y es un contaminante significativo y un producto de desecho de la fabricación de TNT.

El control de los óxidos de nitrógeno en el ácido nítrico de la alimentación es muy importante porque el dióxido de nitrógeno libre puede resultar en la oxidación del grupo metilo del tolueno. Esta reacción es muy exotérmica y conlleva el riesgo de una reacción descontrolada que provoque una explosión.

En el laboratorio, el 2,4,6-trinitrotolueno se produce mediante un proceso de dos pasos. Se utiliza una mezcla nitrante de ácidos nítrico y sulfúrico concentrados para nitrar el tolueno a una mezcla de isómeros de mono y di-nitrotolueno, con un enfriamiento cuidadoso para mantener la temperatura. A continuación, los toluenos nitrados se separan, se lavan con bicarbonato de sodio diluido para eliminar los óxidos de nitrógeno y luego se nitran cuidadosamente con una mezcla de ácido nítrico fumante y ácido sulfúrico.

Aplicaciones

TNT es uno de los explosivos más utilizados para aplicaciones militares, industriales y mineras. El TNT se ha utilizado junto con la fracturación hidráulica , un proceso utilizado para recuperar petróleo y gas de formaciones de esquisto. La técnica consiste en desplazar y detonar nitroglicerina en fracturas inducidas hidráulicamente, seguidas de disparos de pozo utilizando TNT granulado.

El TNT se valora en parte debido a su insensibilidad a los golpes y la fricción, con un riesgo reducido de detonación accidental en comparación con explosivos más sensibles como la nitroglicerina . El TNT se derrite a 80 ° C (176 ° F), muy por debajo de la temperatura a la que detonará espontáneamente, lo que permite verterlo o combinarlo de forma segura con otros explosivos. TNT no absorbe ni se disuelve en agua, lo que permite su uso eficaz en ambientes húmedos. Para detonar, el TNT debe activarse mediante una onda de presión de un explosivo de arranque, llamado refuerzo explosivo .

Aunque los bloques de TNT están disponibles en varios tamaños (por ejemplo, 250 g, 500 g, 1000 g), se encuentra más comúnmente en mezclas explosivas sinérgicas que comprenden un porcentaje variable de TNT más otros ingredientes. Ejemplos de mezclas explosivas que contienen TNT incluyen:

Carácter explosivo

Tras la detonación , el TNT sufre una descomposición equivalente a la reacción

2 C 7 H 5 N 3 O 6 → 3 N 2 + 5 H 2 + 12 CO + 2 C

más algunas de las reacciones

H
2
+ CO → H
2
O
+ C

y

2CO → CO
2
+ C.

La reacción es exotérmica pero tiene una alta energía de activación en la fase gaseosa (~ 62 kcal / mol). Las fases condensadas (sólidas o líquidas) muestran energías de activación notablemente más bajas de aproximadamente 35 kcal / mol debido a rutas de descomposición bimolecular únicas a densidades elevadas. Debido a la producción de carbono , las explosiones de TNT tienen una apariencia de hollín. Debido a que el TNT tiene un exceso de carbono, las mezclas explosivas con compuestos ricos en oxígeno pueden producir más energía por kilogramo que el TNT solo. Durante el siglo XX, el amatol , una mezcla de TNT con nitrato de amonio, fue un explosivo militar ampliamente utilizado.

El TNT se puede detonar con un iniciador de alta velocidad o mediante una conmoción cerebral eficaz. Durante muchos años, TNT solía ser el punto de referencia para la figura de la insensibilidad . TNT tenía una calificación de exactamente 100 en la escala "F de I". Desde entonces, la referencia se ha cambiado a un explosivo más sensible llamado RDX , que tiene una calificación F de I de 80.

Contenido energético

Vista en sección transversal de proyectiles de cañón Oerlikon de 20 mm (que datan de c. 1945) que muestran los códigos de color para los empastes de TNT y pentolita

El calor de detonación utilizado por NIST para definir una tonelada de TNT equivalente es 1000 cal / go 1000 kcal / kg, 4,184 MJ / kg o 4,184 GJ / tonelada. La densidad de energía de TNT se utiliza como punto de referencia para muchos otros explosivos, incluidas las armas nucleares, cuyo contenido de energía se mide en kilotones equivalentes (~ 4,184 terajulios o 4,184 TJ o 1,162 GWh) o megatones (~ 4,184 peta joules o 4,184 PJ o 1,162 TWh) de TNT. El calor de combustión sin embargo es 14,5 Mega joules por kilogramo o 14,5 MJ / kg o 4,027 kWh / kg, lo que requiere que una parte del carbono en TNT reaccionan con el oxígeno atmosférico, lo que no ocurre en el caso inicial.

A modo de comparación, la pólvora contiene 3 megajulios por kilogramo, la dinamita contiene 7,5 megajulios por kilogramo y la gasolina contiene 47,2 megajulios por kilogramo (aunque la gasolina requiere un oxidante , por lo que una mezcla optimizada de gasolina y O 2 contiene 10,4 megajulios por kilogramo).

Detección

Se pueden usar varios métodos para detectar TNT, incluidos sensores ópticos y electroquímicos y perros detectores de explosivos. En 2013, los investigadores de los Institutos Indios de Tecnología utilizando de metales nobles clústeres cuánticos podrían detectar TNT en la sub- zeptomolar (10 -18 mol / m 3 nivel).

Seguridad y toxicidad

El TNT es venenoso y el contacto con la piel puede causar irritación cutánea, lo que hace que la piel se torne de un color amarillo anaranjado brillante. Durante la Primera Guerra Mundial , las trabajadoras de municiones que manipulaban el químico encontraron que su piel se volvió de un amarillo brillante, lo que resultó en que adquirieran el apodo de " niñas canarias " o simplemente "canarios".

Las personas expuestas al TNT durante un período prolongado tienden a experimentar anemia y funciones hepáticas anormales . También se han encontrado efectos en la sangre y el hígado, agrandamiento del bazo y otros efectos nocivos sobre el sistema inmunológico en animales que ingirieron o respiraron trinitrotolueno. Existe evidencia de que el TNT afecta negativamente a la fertilidad masculina . El TNT está catalogado como un posible carcinógeno humano , con efectos carcinogénicos demostrados en experimentos con animales con ratas, aunque los efectos sobre los seres humanos hasta ahora son nulos (según IRIS del 15 de marzo de 2000). El consumo de TNT produce orina roja a través de la presencia de productos de degradación y no sangre como a veces se cree.

Algunos campos de pruebas militares están contaminados con aguas residuales de los programas de municiones, incluida la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas que pueden ser de color rosa debido a la presencia de TNT. Tal contaminación, llamada "agua rosada", puede ser difícil y costosa de remediar .

El TNT es propenso a la exudación de dinitrotoluenos y otros isómeros del trinitrotolueno cuando los proyectiles que contienen TNT se almacenan a temperaturas más altas en climas más cálidos. La exudación de impurezas conduce a la formación de poros y grietas (que a su vez provocan una mayor sensibilidad a los golpes). La migración del líquido exudado a la rosca del tornillo de la espoleta puede formar canales de fuego , lo que aumenta el riesgo de detonación accidental. El mal funcionamiento de la espoleta también puede resultar de la migración del líquido al mecanismo de la espoleta. El silicato de calcio se mezcla con TNT para mitigar la tendencia a la exudación.

Agua rosada y roja

El agua rosada y el agua roja son dos tipos distintos de aguas residuales relacionadas con el trinitrotolueno. El agua rosada se produce a partir de los procesos de lavado de equipos después de las operaciones de llenado o desmilitarización de municiones y, como tal, generalmente está saturada con la cantidad máxima de TNT que se disolverá en agua (aproximadamente 150 partes por millón (ppm)). Sin embargo, tiene una composición indefinida que depende del proceso exacto; en particular, también puede contener ciclotrimetilentrinitramina (RDX) si la planta usa mezclas de TNT / RDX, o HMX si se usa TNT / HMX. El agua roja (también conocida como "agua Sellite") se produce durante el proceso utilizado para purificar el TNT crudo. Tiene una composición complejo que contiene más de compuestos aromáticos de una docena, pero los componentes principales son sales inorgánicas ( sulfato de sodio , sulfito de sodio , nitrato de sodio y nitrato de sodio ) y sulfonados compuestos nitroaromáticos .

El agua rosada es en realidad incolora en el momento de la generación, mientras que el agua roja puede ser incolora o de un rojo muy pálido. El color se produce por reacciones fotolíticas bajo la influencia de la luz solar. A pesar de los nombres, el agua roja y rosada no son necesariamente tonos diferentes; el color depende principalmente de la duración de la exposición solar. Si se expone el tiempo suficiente, el agua "rosada" se volverá marrón oscuro.

Debido a la toxicidad del TNT, la descarga de agua rosada al medio ambiente ha estado prohibida en los EE. UU. Y en muchos otros países durante décadas, pero la contaminación del suelo puede existir en plantas muy antiguas. Sin embargo, la contaminación por RDX y tetrilo generalmente se considera más problemática, ya que el TNT tiene una movilidad del suelo muy baja. El agua roja es significativamente más tóxica y, como tal, siempre se ha considerado un residuo peligroso. Tradicionalmente se ha eliminado por evaporación hasta sequedad (ya que los componentes tóxicos no son volátiles), seguido de incineración. Se han realizado muchas investigaciones para desarrollar mejores procesos de eliminación.

Impacto ecológico

Por su idoneidad en la construcción y demolición, el TNT se ha convertido en el explosivo más utilizado y por tanto su toxicidad es la más caracterizada y reportada. El TNT residual de la fabricación, el almacenamiento y el uso puede contaminar el agua, el suelo, la atmósfera y la biosfera .

La concentración de TNT en suelo contaminado puede alcanzar los 50 g / kg de suelo, donde las concentraciones más altas se pueden encontrar en o cerca de la superficie. En septiembre de 2001, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA) declaró al TNT un contaminante cuya eliminación es prioritaria. La USEPA sostiene que los niveles de TNT en el suelo no deben exceder los 17.2 gramos por kilogramo de suelo y 0.01 miligramos por litro de agua.

Solubilidad acuosa

La disolución es una medida de la velocidad a la que se disuelve el TNT sólido en contacto con el agua. La solubilidad acuosa relativamente baja del TNT hace que la disolución de partículas sólidas se libere continuamente al medio ambiente durante períodos de tiempo prolongados. Los estudios han demostrado que el TNT se disuelve más lentamente en agua salina que en agua dulce. Sin embargo, cuando se alteró la salinidad, el TNT se disolvió a la misma velocidad (Figura 2). Debido a que el TNT es moderadamente soluble en agua, puede migrar a través del suelo subterráneo y causar contaminación del agua subterránea.

Adsorción del suelo

La adsorción es una medida de la distribución entre contaminantes solubles y adsorbidos por sedimentos después de alcanzar el equilibrio. Se sabe que el TNT y sus productos de transformación se adsorben en suelos superficiales y sedimentos, donde experimentan una transformación reactiva o permanecen almacenados. El movimiento de contaminantes orgánicos a través del suelo es una función de su capacidad para asociarse con la fase móvil (agua) y una fase estacionaria (suelo). Los materiales que se asocian fuertemente con los suelos se mueven lentamente a través del suelo. Los materiales que se asocian fuertemente con el agua se mueven a través del agua con tasas cercanas a las del movimiento del agua subterránea.

La constante de asociación de TNT con un suelo es de 2,7 a 11 litros por kilogramo de suelo. Esto significa que el TNT tiene una tendencia de una a diez veces a adherirse a las partículas del suelo que cuando se introduce en el suelo. Los enlaces de hidrógeno y el intercambio iónico son dos mecanismos sugeridos de adsorción entre los grupos funcionales nitro y los coloides del suelo.

El número de grupos funcionales en TNT influye en la capacidad de adsorberse en el suelo. Se ha demostrado que los valores del coeficiente de adsorción aumentan con un aumento en el número de grupos amino. Por lo tanto, la adsorción del producto de descomposición de TNT 2,4-diamino-6-nitrotolueno (2,4-DANT) fue mayor que la del 4-amino-2,6-dinitrotolueno (4-ADNT), que fue mayor que la de TNT. Los coeficientes de adsorción más bajos para 2,6-DNT en comparación con 2,4-DNT pueden atribuirse al impedimento estérico del grupo NO 2 en la posición orto .

La investigación ha demostrado que en ambientes de agua dulce, con una alta abundancia de Ca 2+ , la adsorción de TNT y sus productos de transformación a suelos y sedimentos puede ser menor que la observada en un ambiente salino, dominado por K + y Na + . Por lo tanto, al considerar la adsorción de TNT, el tipo de suelo o sedimento y la composición iónica y la fuerza del agua subterránea son factores importantes.

Se han determinado las constantes de asociación de TNT y sus productos de degradación con arcillas. Los minerales arcillosos tienen un efecto significativo sobre la adsorción de compuestos energéticos. Las propiedades del suelo, como el contenido de carbono orgánico y la capacidad de intercambio de cationes, tuvieron impactos significativos en los coeficientes de adsorción informados en la siguiente tabla.

Estudios adicionales han demostrado que es probable que la movilidad de los productos de degradación del TNT sea menor "que el TNT en ambientes subterráneos donde la adsorción específica de minerales arcillosos domina el proceso de sorción". Por tanto, la movilidad del TNT y sus productos de transformación dependen de las características del sorbente. La movilidad del TNT en las aguas subterráneas y el suelo se ha extrapolado a partir de " modelos de isotermas de sorción y desorción determinados con ácidos húmicos , en sedimentos de acuíferos y suelos". A partir de estos modelos, se predice que TNT tiene una baja retención y se transporta fácilmente en el medio ambiente.

En comparación con otros explosivos, el TNT tiene una constante de asociación más alta con el suelo, lo que significa que se adhiere más al suelo que al agua. Por el contrario, otros explosivos, como RDX y HMX con constantes de asociación bajas (que van desde 0.06 a 7.3 L / kg y 0 a 1.6 L / kg respectivamente) pueden moverse más rápidamente en el agua.

Desglose químico

El TNT es una molécula reactiva y es particularmente propensa a reaccionar con componentes reducidos de sedimentos o fotodegradación en presencia de luz solar. TNT es termodinámicamente y cinéticamente capaz de reaccionar con una gran cantidad de componentes de muchos sistemas ambientales. Esto incluye reactivos totalmente abióticos, como fotones , sulfuro de hidrógeno , Fe 2+ o comunidades microbianas, tanto óxicas como anóxicas.

Se ha demostrado que los suelos con alto contenido de arcilla o tamaños de partículas pequeños y alto contenido de carbono orgánico total promueven la transformación de TNT. Las posibles transformaciones de TNT incluyen la reducción de uno, dos o tres restos nitro a aminas y el acoplamiento de productos de transformación de amino para formar dímeros . La formación de los dos productos de transformación de monoamino, 2-ADNT y 4-ADNT se favorece energéticamente y, por lo tanto, se observa en suelos y aguas subterráneas contaminados. Los productos diamino son energéticamente menos favorables, e incluso menos probables son los productos triamino.

La transformación de TNT se mejora significativamente en condiciones anaeróbicas, así como en condiciones altamente reductoras. Las transformaciones de TNT en los suelos pueden ocurrir tanto biológica como abióticamente.

La fotólisis es un proceso importante que impacta en la transformación de compuestos energéticos. La alteración de una molécula en fotólisis ocurre en presencia de absorción directa de energía luminosa por transferencia de energía de un compuesto fotosensibilizado. La fototransformación de TNT "da como resultado la formación de nitrobencenos , benzaldehídos , ácidos azodicarboxílicos y nitrofenoles , como resultado de la oxidación de grupos metilo , reducción de grupos nitro y formación de dímeros".

Se ha observado evidencia de fotólisis de TNT debido al cambio de color a rosa de las aguas residuales cuando se exponen a la luz solar. La fotólisis fue más rápida en agua de río que en agua destilada. En última instancia, la fotólisis afecta el destino del TNT principalmente en el medio acuático, pero también podría afectar la reacción cuando se expone a la luz solar en la superficie del suelo.

Biodegradacion

La fase fisiológica ligninolítica y el sistema de peroxidasa de manganeso de los hongos pueden causar una cantidad muy limitada de mineralización de TNT en un cultivo líquido; aunque no en el suelo. Aún no se ha descubierto un organismo capaz de remediar grandes cantidades de TNT en el suelo. Tanto las plantas silvestres como las transgénicas pueden fitorremediar explosivos del suelo y el agua.

TNT en la cultura popular

  • En el juego Angry Birds , TNT se muestra como una caja de madera que explota cuando se golpea.
  • En el juego Minecraft , TNT se muestra como muchos cartuchos de dinamita rojos empaquetados juntos. TNT en Minecraft está hecho de arena y pólvora, y explota con un retraso después de ser encendido con fuego o detonado por otros explosivos dentro de un cierto radio.
  • En el juego Donkey Kong Country y sus secuelas, se pueden arrojar barriles de madera llenos de TNT a los enemigos para provocar una explosión. Los barriles TNT también se pueden usar para atravesar paredes y acceder a áreas ocultas.
  • En los juegos de " Crash Bandicoot ", las cajas TNT son cajas que matarán al jugador si giran hacia ellas, pero saltar sobre ellas iniciará una cuenta regresiva que hará explotar la caja.
  • El ladrillo TP-200 TNT es TNT en el juego Escape from Tarkov . Se muestra como un ladrillo amarillo en el juego y se utiliza para estudios sísmicos.
  • En Battlefield Vietnam , una entrega de Battlefield Series , TNT se representa como tres palos rojos atados en ambos extremos por correas negras. Tiene fusibles en cada palo y se usa como granada o como explosivo plantado.
  • El explosivo TNT 600g es una carga de demolición en el juego Squad .

Ver también

Referencias

enlaces externos