تويت
ما هو ثلاثي نترو تولوين TNT
يومًا بعد يوم، تتوالى اكتشافات الإنسان واختراعاته، ومع كلّ اكتشافٍ تظهر تحديّاتٌ جديدةٌ، تتمثّل في معظمها بالخوف من السّيطرة علينا كبشرٍ، ومن المفارقات الكبيرة، أنّ معظم هذه الاكتشافات كان وما زال مدمّرًا وقاتلًا، مثل مادة ثلاثي نترو تولوين أو ما نتداوله باسم TNT، وهي ما سنتحدّث عنه في مقالنا.
ثلاثي نترو تولوين TNT
ثلاثي نترو تولوين أو تراي نترو تولوين (Trinitrotoluene)، وهو مركبٌ نيترو أروماتي أحاديّ الحلقة، عبارةً عن مادّةٍ صفراءَ عديمة الرّائحة، ذات قابليةٍ عاليةٍ للانفجار، ولا تتواجد بشكلٍ طبيعيٍّ، إنما تُصنّع في المختبرات بعمليّة نترتة التولوين، وتّستخدم على نطاقٍ واسعٍ في المجالات العسكريّة.
الخواص الفيزيائية والكيميائية
.
البنية الكيميائية لمادة TNT
طريقة تصنيع ثلاثي نترو تولوين
يُحضّر TNT بعملية نترتة التولوين، بوجود وسيط الحرارة ومزيجٍ من حمض الكبريت وحمض الآزوت المركزين، على ثلاثة مراحلٍ متتاليةٍ، ينتج عنها أحادي التولوينMNT، وثنائي التولوينDNT، ثم ثلاثي التولوين TNT.
نبذة تاريخيّة
يعود الفضل في تصنيع هذه المادة إلى الألمان، حين قام الألماني جوزيف وايلدر (Joseph Wilbrand) بتصنيعها عام 1863م، تلاها تصنيع أوّل قذيفةٍ باستخدام مادة TNT في عام 1902م خلال الحرب العالمية الأولى، قام الألمان بتفجير قذائف خارقةٍ للدّروع مملوءة بمادة الثلاثي نترو تولوين داخل الأسطول البريطاني بعد اختراقه؛ في حين كانت قذائف البريطانيين المملوءة باللبديت (حمض البيكريك)، تستهلك كميّةً كبيرةً من الطّاقة خارج السفينة.
لاحقًا، استخدم البريطانيون ثلاثي نترو تولوين كبديلٍ عن الليديت عام 1907م. في الحرب العالميّة الثانية، ازداد الطلب على مادة TNT، الأمر الذي استدعى خلطها مع نترات الأمونيوم، مُشكّلة مادة مُتفجّرة جديدة تدعى الأماتول (Amatol)، على الرّغم من سرعة امتصاصها للرطوبة، على عكس TNT. بعد انتهاء الحرب العالمية الثانية، كان لدى الولايات المتّحدة الأمريكيّة كميّة كبيرة من الذّخائر المصنّعة من مادة TNT، قامت بالتخلّص منها في الصرف الصحيّ مسبّبة تلوّثًا كبيرًا للبيئة، ولا تزال مادة ثلاثي نترو تولوين حتى يومنا هذا، تُستخدم في تصنيع الذّخيرة الأمريكيّة.
.
استخدامات ثلاثي نترو تولوين
استخدمت TNT بشكلٍ نقيٍّ، أو بالخلط مع موادٍ أخرى لتشكل الموادّ التالية:
صُنّفت مادة TNT على أنّها مادّةٌ شديدة القابلية للانفجار، استُخدمت في تصنيع المتفجّرات والقنابل اليدويّة والقذائف الجويّة، لكونها غير حسّاسةٍ للصّدمات، وتحتاج إلى محرّضٍ أو ما يسمى صاعق لتفجيرها. بالإضافة للاستخدامات العسكريّة، استخدم ثلاثي نترو تولوين في الصّناعة في تفجير الآبار العميقة، والتّفجير تحت الماء، واستخدم كمادةٍ وسيطةٍ في تصنيع الأصباغ، وكيماويات التصوير الفوتوغرافي.
.
آلية عمل التراي نترو تولوين
إنّ ما يسبّب الانفجار هو تراكم ضغط الغازات المفاجئ، فعند انفجار المادة تتشكّل غازاتٍ ذات روابطَ تشاركيّة مستقرّة. السرعة العالية التي يتمّ فيها إطلاق طاقة الغازات، هي التي تولّد ضغط الانفجار، فتبلغ سرعة التّفجير للتراي نترو تولوين 6940 م/ثا، مقارنةً ب 1680 م/ثا للبنتان، في حين تبلغ سرعة انفجار البنزين 0.34 م/ثا.
بالإضافة لما سبق، فإنّ ارتباط ثلاث مجموعات NO2 بالتولوين، يُشكّل ضغطًا على بنيته، بالتالي لا يحتاج إلى طاقةٍ كبيرةٍ لتحطيم الجزيء وكسر الرّوابط غير المستقرّة. ينتج عن كل 1غ من مادة TNT ما يقارب 1 ليتر من الغاز، أي يتضاعف الحجم ألف مرّةٍ بعد الانفجار. تُستخدم هذه الخاصيّة لدفع الرصاصة في البندقيّة على سبيل المثال.
تحلّل ثلاثي نترو التولوين
تتواجد مادة التراي نترو التولوين في البيئة، تتسرب إلى الموارد المائية مخلّفة مياهًا ملوّثةً، أو على شكل مخلّفاتٍ صلبةٍ ناتجة عن عمليات إنتاج المادة، وتصنيع وتفكيك القنابل، وإعادة تدوير المتفجّرات. تنتقل من سطح التربة إلى المياه الجوفيّة، ومنها إلى المياه السطحيّة، حيث تتعرّض للتحلّل الضوئيّ بتأثير الأشعّة الشمسيّة، وبشكلٍ أبطأ للتحلّل البيولوجيّ بواسطة الأحياء الدقيقة.
تتراكم نواتج التحلّل في الأسماك والنباتات على شكل:
معالجة ثلاثي نترو تولوين
هنالك عدّة مقترحاتٍ لعلاج مادة التراي نترو تولوين في التربة (الترميد)، ومنها الحرق، ولكنّها طريقةٌ مكلفةٌ بسبب الحاجة إلى الحفر والنقل والطاقة للحرق، ومن الطّرق الأخرى الاختزال الكيميائيّ (تفاعلات الأكسدة والإرجاع)، والتحلّل الحراريّ، والتحلّل باستخدام السّوائل دون الحرجة، التحلّل الضوئيّ، والتفريغ الكهربائي، والتحلّل باستخدام الأوزون، بالإضافة للتحلل البيولوجي.
إحدى التقنيات المستخدمة في علاج التربة الملوثة بمادة TNT، هي خلطها مع عوامل التكتل والمواد العضوية عبارة عن بقايا زراعية مثل القشّ والبرسيم ورقائق الخشب والأوراق، فخلال عملية التسميد بالرّياح، أو نظام التسميد الهوائي واللاهوائي، تُختزَل المادة المتفجّرة إلى الأمينو وداي أمينو نترو تولوين خلال مرحلة تناقص الأكسجين، ولاحقًا خلال المرحلة الهوائيّة، يتمّ التّخلص من معظم منتجات التحوّل. أظهرت اختباراتٌ سميّة هذه المنتجات على الإنسان، نتائج مماثلة لتربةٍ خاليةٍ من المنتجات النترو أروماتية، ولكن من الانتقادات الموجّهة لهذه الطريقة هي الوقت الطويل للحضانة، والتكلفة العالية، ونقص المعلومات حول البكتريا والفطريات المشاركة في العملية.
الآثار الصحيّة الناجمة عن التعرّض لمادة TNT
سُجّلت في القرن العشرين أكثر من 17 ألف حالة تسممّ بمخلفات الحروب العالمية من مادة TNT؛ منها 475 حالة وفاةٍ، نتيجة التعرّض لتربةٍ أو مياهٍ ملوثّة بالمادة، أو استنشاق هواءٍ ملوث، فعند دخولها إلى جسم الإنسان تتحلّل إلى المواد التالية:
من أعراض التسمّم بهذه المادة فقر الدم، والخلل في بعض وظائف الكبد، وعلى الرغم من قلّة الأدلّة؛ إلا أنّ هناك احتمالية الإصابة ببعض السرطانات.
يومًا بعد يوم، تتوالى اكتشافات الإنسان واختراعاته، ومع كلّ اكتشافٍ تظهر تحديّاتٌ جديدةٌ، تتمثّل في معظمها بالخوف من السّيطرة علينا كبشرٍ، ومن المفارقات الكبيرة، أنّ معظم هذه الاكتشافات كان وما زال مدمّرًا وقاتلًا، مثل مادة ثلاثي نترو تولوين أو ما نتداوله باسم TNT، وهي ما سنتحدّث عنه في مقالنا.
ثلاثي نترو تولوين TNT
ثلاثي نترو تولوين أو تراي نترو تولوين (Trinitrotoluene)، وهو مركبٌ نيترو أروماتي أحاديّ الحلقة، عبارةً عن مادّةٍ صفراءَ عديمة الرّائحة، ذات قابليةٍ عاليةٍ للانفجار، ولا تتواجد بشكلٍ طبيعيٍّ، إنما تُصنّع في المختبرات بعمليّة نترتة التولوين، وتّستخدم على نطاقٍ واسعٍ في المجالات العسكريّة.
الخواص الفيزيائية والكيميائية
- ينتج ثلاثي نترو تولوين عن ارتباط مجموعات النترو بالمواقع 2-4-6 في حلقة التولوين، وبالتالي يُكتب أحيانًا بالشكل (2-4-6 Trinitrotoluene).
- ينحلّ في البنزين والبيريدين والتولوين، وأقلّ قابليةً للانحلال في الايتانول.
- يتبلور في درجة حرارة الغرفة العاديّة.
- الاسم الشائع: 2ميتيل 1-3-5 تراينيترو بنزين.
- الصيغة الجزيئيّة: C7H5N3O6.
- الوزن الجزيئيّ: 227.13 غ/مول.
- نقطة الغليان: 240˚م.
- درجة الانصهار: 80.1˚م.
.
البنية الكيميائية لمادة TNT
طريقة تصنيع ثلاثي نترو تولوين
يُحضّر TNT بعملية نترتة التولوين، بوجود وسيط الحرارة ومزيجٍ من حمض الكبريت وحمض الآزوت المركزين، على ثلاثة مراحلٍ متتاليةٍ، ينتج عنها أحادي التولوينMNT، وثنائي التولوينDNT، ثم ثلاثي التولوين TNT.
- ينتج عن تفاعل النترتة لمجموعةً من مركبات الايزوميرات غير المتماثلة لثلاثي التولوين، ومُنتجات الأكسدة، مثل رباعي نترو الميتان، وحمض النتروبنزويك.
- تليه عملية الكبرتة باستخدام كبريتات الصوديوم المائية، لغسل الايزوميرات النّاتجة عن تفاعل النترتة، بالإضافة لنواتج التفاعل الأخرى.
- يُجفّف المركب 2-4-6 تراينترو تولوين في خزّاناتٍ على درجة حرارة 100˚م.
- يُسحق ثمّ يُعبّأ في حاوياتٍ أو قطع قماشٍ، وقد يتمّ تقطير قسمٍ صغيرٍ منه، ثمّ غسله أو تجفيفه وتعبئته.
نبذة تاريخيّة
يعود الفضل في تصنيع هذه المادة إلى الألمان، حين قام الألماني جوزيف وايلدر (Joseph Wilbrand) بتصنيعها عام 1863م، تلاها تصنيع أوّل قذيفةٍ باستخدام مادة TNT في عام 1902م خلال الحرب العالمية الأولى، قام الألمان بتفجير قذائف خارقةٍ للدّروع مملوءة بمادة الثلاثي نترو تولوين داخل الأسطول البريطاني بعد اختراقه؛ في حين كانت قذائف البريطانيين المملوءة باللبديت (حمض البيكريك)، تستهلك كميّةً كبيرةً من الطّاقة خارج السفينة.
لاحقًا، استخدم البريطانيون ثلاثي نترو تولوين كبديلٍ عن الليديت عام 1907م. في الحرب العالميّة الثانية، ازداد الطلب على مادة TNT، الأمر الذي استدعى خلطها مع نترات الأمونيوم، مُشكّلة مادة مُتفجّرة جديدة تدعى الأماتول (Amatol)، على الرّغم من سرعة امتصاصها للرطوبة، على عكس TNT. بعد انتهاء الحرب العالمية الثانية، كان لدى الولايات المتّحدة الأمريكيّة كميّة كبيرة من الذّخائر المصنّعة من مادة TNT، قامت بالتخلّص منها في الصرف الصحيّ مسبّبة تلوّثًا كبيرًا للبيئة، ولا تزال مادة ثلاثي نترو تولوين حتى يومنا هذا، تُستخدم في تصنيع الذّخيرة الأمريكيّة.
.
استخدامات ثلاثي نترو تولوين
استخدمت TNT بشكلٍ نقيٍّ، أو بالخلط مع موادٍ أخرى لتشكل الموادّ التالية:
- يتشكّل السيكلوتول عن خلط TNT مع RDX) RDX هو مركّبٌ عضويٌّ يُعرف بالسايكلوجبن أو الهيكسوجين، يُستخدم كمادّةٍ متفجّرةٍ).
- الأوكتول ينتج عن خلط TNT مع HMX) HMX أو ما يعرف بالأوكتيجين، وهو مركّب نترو أمين قابلٌ للانفجار وعالي الذوبان).
- الأماتول ينتج عن خلط TNT مع نترات الأمونيوم.
صُنّفت مادة TNT على أنّها مادّةٌ شديدة القابلية للانفجار، استُخدمت في تصنيع المتفجّرات والقنابل اليدويّة والقذائف الجويّة، لكونها غير حسّاسةٍ للصّدمات، وتحتاج إلى محرّضٍ أو ما يسمى صاعق لتفجيرها. بالإضافة للاستخدامات العسكريّة، استخدم ثلاثي نترو تولوين في الصّناعة في تفجير الآبار العميقة، والتّفجير تحت الماء، واستخدم كمادةٍ وسيطةٍ في تصنيع الأصباغ، وكيماويات التصوير الفوتوغرافي.
.
آلية عمل التراي نترو تولوين
إنّ ما يسبّب الانفجار هو تراكم ضغط الغازات المفاجئ، فعند انفجار المادة تتشكّل غازاتٍ ذات روابطَ تشاركيّة مستقرّة. السرعة العالية التي يتمّ فيها إطلاق طاقة الغازات، هي التي تولّد ضغط الانفجار، فتبلغ سرعة التّفجير للتراي نترو تولوين 6940 م/ثا، مقارنةً ب 1680 م/ثا للبنتان، في حين تبلغ سرعة انفجار البنزين 0.34 م/ثا.
بالإضافة لما سبق، فإنّ ارتباط ثلاث مجموعات NO2 بالتولوين، يُشكّل ضغطًا على بنيته، بالتالي لا يحتاج إلى طاقةٍ كبيرةٍ لتحطيم الجزيء وكسر الرّوابط غير المستقرّة. ينتج عن كل 1غ من مادة TNT ما يقارب 1 ليتر من الغاز، أي يتضاعف الحجم ألف مرّةٍ بعد الانفجار. تُستخدم هذه الخاصيّة لدفع الرصاصة في البندقيّة على سبيل المثال.
تحلّل ثلاثي نترو التولوين
تتواجد مادة التراي نترو التولوين في البيئة، تتسرب إلى الموارد المائية مخلّفة مياهًا ملوّثةً، أو على شكل مخلّفاتٍ صلبةٍ ناتجة عن عمليات إنتاج المادة، وتصنيع وتفكيك القنابل، وإعادة تدوير المتفجّرات. تنتقل من سطح التربة إلى المياه الجوفيّة، ومنها إلى المياه السطحيّة، حيث تتعرّض للتحلّل الضوئيّ بتأثير الأشعّة الشمسيّة، وبشكلٍ أبطأ للتحلّل البيولوجيّ بواسطة الأحياء الدقيقة.
تتراكم نواتج التحلّل في الأسماك والنباتات على شكل:
- 2-امينو 4-6- داي نترو تولوين.
- 2-6- داي أمينو 4- نترو تولوين.
- 4- أمينو 2-6- داي نترو تولوين.
- 2-4- داي أمينو 6- نترو تولوين.
معالجة ثلاثي نترو تولوين
هنالك عدّة مقترحاتٍ لعلاج مادة التراي نترو تولوين في التربة (الترميد)، ومنها الحرق، ولكنّها طريقةٌ مكلفةٌ بسبب الحاجة إلى الحفر والنقل والطاقة للحرق، ومن الطّرق الأخرى الاختزال الكيميائيّ (تفاعلات الأكسدة والإرجاع)، والتحلّل الحراريّ، والتحلّل باستخدام السّوائل دون الحرجة، التحلّل الضوئيّ، والتفريغ الكهربائي، والتحلّل باستخدام الأوزون، بالإضافة للتحلل البيولوجي.
إحدى التقنيات المستخدمة في علاج التربة الملوثة بمادة TNT، هي خلطها مع عوامل التكتل والمواد العضوية عبارة عن بقايا زراعية مثل القشّ والبرسيم ورقائق الخشب والأوراق، فخلال عملية التسميد بالرّياح، أو نظام التسميد الهوائي واللاهوائي، تُختزَل المادة المتفجّرة إلى الأمينو وداي أمينو نترو تولوين خلال مرحلة تناقص الأكسجين، ولاحقًا خلال المرحلة الهوائيّة، يتمّ التّخلص من معظم منتجات التحوّل. أظهرت اختباراتٌ سميّة هذه المنتجات على الإنسان، نتائج مماثلة لتربةٍ خاليةٍ من المنتجات النترو أروماتية، ولكن من الانتقادات الموجّهة لهذه الطريقة هي الوقت الطويل للحضانة، والتكلفة العالية، ونقص المعلومات حول البكتريا والفطريات المشاركة في العملية.
الآثار الصحيّة الناجمة عن التعرّض لمادة TNT
سُجّلت في القرن العشرين أكثر من 17 ألف حالة تسممّ بمخلفات الحروب العالمية من مادة TNT؛ منها 475 حالة وفاةٍ، نتيجة التعرّض لتربةٍ أو مياهٍ ملوثّة بالمادة، أو استنشاق هواءٍ ملوث، فعند دخولها إلى جسم الإنسان تتحلّل إلى المواد التالية:
- 4-أمينو دايرنترو تولوين.
- 2-أمينو داي نترو تولوين.
- 4-2- أمينو 6-نترو تولوين.
- 4- هيدروكسي أمينو 2-6-نترو تولوين.
- أمينو نيترو كريزول.
من أعراض التسمّم بهذه المادة فقر الدم، والخلل في بعض وظائف الكبد، وعلى الرغم من قلّة الأدلّة؛ إلا أنّ هناك احتمالية الإصابة ببعض السرطانات.