Život je džungle. Člověk se pořád za něčím honí.

Triaminotrinitrobenzen

24. března 2007 v 12:28 |  Pyrotechnika
TATB
- 1,3,5,-triamino-2,4,6-trinitrobenzen -



Použití TATB:
Triaminotrinitrobenzen (zkratka TATB) je termostabilní brisantní trhavina s velmi malou citlivostí k mechanickým podnětům, používána výhradně ve vojenství. TATB je zajímavý tím, že ačkoli má jako chemická výbušnina parametry srovnatelné s výkonnými výbušninami, je naopak od nich charakteristický značnou necitlivostí k nárazům, k přechodu hoření v detonaci a při zvýšené teplotě pomalým katalytickým rozkladem.
Právě neobvykle nízká citlivost k rázu je obrovskou výhodou ve speciálních vojenských aplikacích.
Zejména z tohoto důvodu je TATB používán při konstrukci jaderných (atomových) zbraní hromadného ničení. Předpokládáme, že většina zná princip atomové bomby a nebudeme jej muset složitě vysvětlovat. Stručně řečeno, pro vyvolání výbuchu atomové bomby je nutné (mimo jiné) velmi rychlé sražení jaderného materiálu, který je rozdělen na 2 polokoule.
Výbušnina, která zprostředkuje ,,sražení" obou polokoulí musí pochopitelně splňovat nejvyšší požadavky bezpečnosti jako jsou:

- vysoká teplotní stabilita
- vysoká odolnost vůči nárazu a tření
- v případě zapálení nesmí hoření přejít v detonaci
- dostatečná účinnost výbušniny.

Všechny tyto nároky TATB splňuje (velmi malá citlivost k nárazu a tření, vysoká termální stabilita, značně vysoká hustota a dostatečný detonační tlak). Speciálně pro jaderné zbraně se triaminotrinitrobenzen kombinuje s elastomery, vznikají tak známé a rozšířené výbušniny typu PBX (Plastic Bonded Explosive), tedy trhaviny plastické nebo (ne vždy jsou PBX plastickými trhavinami) ,,lepené" potažením vrstvou plastu na povrchu krystalu výbušniny.
Např. kompozice B-226: 90% TATB/10% Kel-F800 (kopolymer trifluorchlorethylenu a vinyliden fluoridu). K některým vlastnostem této trhaviny se vrátíme ještě v jiném článku. Zpět tedy k samotnému TATB.


Vlastnosti:
1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzen (Mr=258,1g/mol) vytváří světle žluté krystaly vysoké stability a velmi nízké citlivosti k silným úderům a tepelnému účinku (z tohoto pohledu by bylo dokonce možné nepovažovat TATB za výbušninu), specifické hustoty 1,94 g/cm3, teploty tání 350°C.
TATB je nerozpustný ve většině organických rozpouštědel, špatně rozpustný v nitrobenzenu a acetanhydridu. Pro malou rozpustnost není prakticky možné jej čistit rekrystalizací, musí se tedy používat jiné fyzikální a chemické metody, nejlépe přímo při výrobě této výbušniny.
Za zvýšené teplotě probíhá rozklad TATB poměrně pomalu, při teplotě kolem 300°C je rozklad pomalý, zřetelný rozklad je patrný teprve při 320°C, kdy již nastává exotermní rozklad. Termální stabilitu dokazuje VTA (test vakuové termální stability):

- při 200°C vzniká 0,5ml plynů/g za 48 hodin, při 220°C 2,3ml/g/48h
- při 260°C 0,247ml plynů/g/ za 1 hodinu a při 320°C dosahuje 1,04ml/g/hod.

Teplota vzbuchu TATB je 384°C (experimentálně stanovena).
Molekula triaminotrinitrobenzenu vykazuje některé odchylky ve srovnání s benzenovou řadou, konkrétně anomálně velká vzdálenost C-C (1,444 Å) a anomálně krátká vazba C-NH2 (1,319 Å).
Nízká citlivost do jisté míry souvisí s vysokou negativní kyslíkovou bilancí (-55,81%), pro srovnání oktogen má -26,1%. Obsah dusíku v TATB je 32,6%. Triaminotrinitrobenzen oplývá částečnou lubricitou podobnou grafitové struktuře, důsledkem je snadná lisovatelnost na vysokou hustotu.
Energie výbuchu:829 kcal/kg
Detonační tlak:277-280kbar (1,87g/cm3)
Detonační rychlost:7970m/s (1,94), 7600m/s(1,86), 7350m/s(1,80)
Citlivost k nárazu(Kast):240cm (5kg), 320cm(2kg)
Citlivost k tření:353 N
Kyslíková bilance:-55,81%
Teplota vzbuchu:384°C

Maximální teoretický detonační tlak (P max.): 313kbar (při krystalické hustotě).
TATB je podle hodnoty detonačního tlaku (280 kbar) průměrnou výbušninou (oktogen 382kbar, nitroguanidin 255 kbar). Výbušnými vlastnostmi je analogický 2,4,6-trinitro-m-diaminobenzenu (DATB).


Preparace TATB:
K přípravě 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzenu je několik možných postupů, všechny však naráží na poměrně velkou složitost (pro průmyslovou výrobu), proto je také cena TATB vysoká, přesahuje ceny brizantnějších výbušnin (RDX, PETN aj.).
Příprava přes 1,3,5-trichlorbenzen:

Teorie:
1,3,5-trichlorbenzen (TCB) se nitruje silnou nitrační směsí kyselina sírová/alkalické dusičnany s vysokým přebytkem H2SO4 na 1,3,5-trichlor-2,4,6-trinitrobenzen (TCTNB), který následnou aminací plynným amoniakem poskytuje TATB. Samotný 1,3,5-trichlorbenzen můžeme připravit přímou chlorací benzenu za přítomnosti železných pilin nebo snadněji halogenací anilinu, odstraněním aminoskupiny diazotací a varem v ethanolu.

Postup:

- nitrace:
Do vhodné baňky umístěné v olejové lázni nalijeme 220ml koncentrované kyseliny sírové a přidáme 51g NaNO3. Za neustálého míchání zahříváme směs na 100°C a teplotu držíme 20 minut. Tímto dojde k rozkladu dusičnanu kyselinou sírovou na volnou kyselinu dusičnou, která je téměř bezvodá, navíc nitrační směs kyselina sírová/dusičnany výrazně omezuje destruktivně-oxidační procesy v aromatickém jádře, nastávající při poměrně vysoké teplotě nitrace.

Následně do nitrační směsi vneseme 20g 1,3,5-trichlorbenzenu a teplotu zvýšíme na 145-155°C. Vysoká teplota je nezbytná k úplnému znitrování TCB.
Teplotu v okolí 150°C udržujeme 4 hodiny, poté ochladíme celou směs na pokojovou teplotu a vlijeme do nádoby s 800g rozdrceného ledu. Vyloučí se TCTNB jako těžké žluté krystaly, které odfiltrujeme a promyjeme vodou na pH 6-7. Dokonale vysušíme při 40-60°C.
- aminace:
20g suchého TCTNB rozpustíme v 150ml toluenu při 90°C, do roztoku zavádíme plynný amoniak po dobu 2 hodin (teplotu udržujeme stále na 90°C). Množství použitého NH3 je 150% teorie. Po skončení aminace oddestilujeme přebytečný toluen (samotný nebo lépe přidáním vody do směsi jako azeotrop). Získaný TATB (krásně žluté krystaly) několikrát promyjeme vodou teplou 60°C a vysušíme.
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama