梯恩梯

定义

梯恩梯的学名是 2,4,6-三硝基甲苯，分子式可写作 $\mathrm{C_7H_5N_3O_6}$ 或 $\mathrm{C_6H_2(CH_3)(NO_2)_3}$，相对分子质量约 227^[4][1]。它是甲苯分子苯环上两个邻位和一个对位的氢被硝基取代后得到的化合物，常温下为固体，纯品是无色针状结晶，工业品因含杂质呈淡黄色鳞片状^[1]。晶体密度约 1.654 克/厘米³，凝固点约 80.9℃，加热至 240℃ 左右发生分解^[4][1]。

它几乎不溶于水，但易溶于丙酮、苯、甲苯、吡啶、氯仿等有机溶剂，难溶于乙醇、四氯化碳和二硫化碳^[5][1]。常温下它呈中性，不与金属及其氧化物反应，吸湿性很小，因而适合长期贮存和金属壳体装药^[1][3]。

「梯恩梯」一名是英文缩写 TNT 的音译，汉语中也有「茶褐炸药」「黄色炸药」等叫法^[6]。中国大陆的危险化学品名录以 2,4,6-三硝基甲苯为正式名称，CAS 登记号为 118-96-7^[4]。

原理

梯恩梯分子中同时含有可燃的碳、氢骨架和作为氧化基团的硝基，爆炸时氧原子在分子内部重新分配，所以不需要外界的空气或氧化剂即可完成反应^[7]。按完全氧化为二氧化碳和水计算，每 100 克梯恩梯缺少约 74 克氧，属于负氧平衡炸药，爆轰产物中会出现一氧化碳和固体碳^[1]。

工程上常用近似爆轰反应式描述其分解过程：$\mathrm{C_7H_5N_3O_6 \rightarrow 2.5H_2O + 3.5CO + 3.5C + 1.5N_2}$，由此算得的爆热约为 4215 千焦/千克^[8]。密度 1.64 克/厘米³ 时，爆速约 6.92 千米/秒，爆压约 16.9 吉帕^[1]。

爆轰由雷管等起爆元件产生的冲击波引发，冲击波沿药柱传播并不断压缩、加热未反应的部分，使其在微秒量级内完成分解，形成稳定的爆轰波。梯恩梯的撞击感度约为 4%~8%，摩擦感度约为 4%~6%，无法用明火或普通撞击可靠引爆，必须由足够强的起爆冲能激发，这一特性使其在运输和装填环节较为安全^[1][9]。

发展历程

1863 年，德国化学家尤利乌斯·威尔布兰德(Julius Wilbrand)首次制得三硝基甲苯，此后20余年它主要被染料工业使用，并未被当作炸药^[10][9]。1891 年前后德国开始工业化生产这种化合物，1902 年德国军方将其作为炮弹装药，此后在 1905 年的日俄战争中首次大规模用于军事目的^[11][10]。

第一次世界大战期间，参战各国普遍采用梯恩梯装填炮弹和航空炸弹，并因原料紧缺而将其与硝酸铵混合，制成阿马托等混合炸药^[12][7]。同一时期，工厂中因长期接触梯恩梯粉尘而出现中毒性肝损伤的作业工人较多，促使各国陆续建立接触限值和防护规定。

第二次世界大战及战后，梯恩梯一直是弹药主装药与混合炸药的基本组分，并逐步形成以甲苯为原料、经硝硫混酸多段连续硝化的工业生产路线^[13][1]。由于单独使用时威力和爆热相对有限，TNT 与黑索今按不同比例组成的浇注炸药成为应用最广的一类混合炸药，如质量比 40/60 的 B 炸药^[3]。

应用

梯恩梯最主要的用途是作为各种弹药的爆炸装药，包括炮弹、航空炸弹、火箭弹、导弹、地雷、水雷、鱼雷和手榴弹^[1]。其熔点约 80℃、明显低于分解温度，可用热水或蒸汽将其熔化后浇铸进弹体，冷却凝固后与壳体形状贴合，装填工艺比许多早期炸药简便安全^[9][12]。

在民用爆破领域，梯恩梯用作铵梯炸药的敏化剂，在含硝酸铵的粉状混合炸药中加入一般不超过 20% 的梯恩梯，可提高威力和传爆可靠性，用于矿山、采石和土石方工程^[14][5]。梯恩梯还能与黑索今、奥克托今、铝粉、硝酸铵等组成多种混合炸药，通过调整配比获得不同的密度、爆速和感度^[3]。

梯恩梯的敏感度和能量水平被作为比较其他炸药的参照，通常以其威力取值为 1.00 的当量系数来衡量其他炸药的相对做功能力^[13]。此外，它作为化工原料还可用于染料、医药等产品的合成^[6]。

局限

梯恩梯是负氧平衡炸药，爆轰产物中含有一氧化碳和碳烟，在密闭空间或井下使用时会产生有毒气体，单位质量释放的能量也低于黑索今、奥克托今等氧平衡更接近零的炸药^[3]。因其感度较低，普通撞击或明火难以引爆，必须依靠雷管或传爆药柱提供足够强的起爆冲能，装药时的起爆可靠性依赖起爆系统的设计^[9]。

化学稳定性也存在边界：梯恩梯与氢氧化钠、氢氧化钾、氨水等碱类接触会生成感度极高的碱金属盐，受撞击即可爆炸；长时间受日照会变色并降低凝固点、提高撞击感度，与稀硝酸和金属屑共热还可能生成机械感度极大的物质^[5]。熔融状态的梯恩梯比固体更敏感，浇铸作业需严格控制温度。

梯恩梯有毒，粉尘和蒸气可经皮肤和呼吸道进入人体，急性接触会引起头晕、恶心、发绀等症状，长期接触主要损害肝脏和血液系统，并可导致中毒性白内障，作业场所需要通风和个体防护^[5][6]。它对水生生物有毒且作用持久，生产中的精制废水（红水）属于需要专门处理的污染物^[4][13]。

参见

• 黑索今 —— 常与梯恩梯混合配制浇注炸药的高能单质炸药。

• 奥克托今 —— 能量更高、与梯恩梯配合使用的硝胺类炸药。

• 雷管 —— 为梯恩梯等钝感炸药提供起爆冲能的元件。

• 硝化反应 —— 以甲苯为原料制备梯恩梯的核心化学反应。

• 氧平衡 —— 判断炸药爆轰产物与能量释放的关键指标。