Quelltext der Seite Trinitrotoluol

{{Weiterleitungshinweis|TNT}}
{{Infobox Chemikalie
| Strukturformel  = [[Datei:Trinitrotoluene.svg|150px|Strukturformel von Trinitrotoluol]]
| Name            = Trinitrotoluol
| Andere Namen    = * 2,4,6-Trinitrotoluol
* Trinitrotoluen
* 2-Methyl-1,3,5-trinitrobenzol
* 2-Methyl-1,3,5-trinitrobenzen ([[IUPAC-Nomenklatur|IUPAC]])
* 1-Methyl-2,4,6-trinitrobenzol
* TNT
* Trotyl
* AN
* Tol
* Tolit
* Tritol
* Tutol
| Summenformel    = C<sub>7</sub>H<sub>5</sub>N<sub>3</sub>O<sub>6</sub>
| CAS             = {{CASRN|118-96-7}}
| EG-Nummer       = 204-289-6
| ECHA-ID         = 100.003.900
| PubChem         = 8376
| ChemSpider      = 8073
| DrugBank        = DB01676
| Beschreibung    = farblose bis gelbliche rhomboedrische Kristalle oder Nadeln<ref name="GESTIS"/>
| Molare Masse    = 227,13 g·[[mol]]<sup>−1</sup>
| Aggregat        = fest<ref name="GESTIS"/>
| Dichte          = * 1,64 g·cm<sup>−3</sup> (20 °C)<ref name="GESTIS">{{GESTIS|Name=2,4,6-Trinitrotoluol|ZVG=34200|CAS=118-96-7|Abruf=2022-01-20}}</ref>
* 1,47 g·cm<sup>−3</sup> (Schmelze)<ref name=Meyer2008>J. Köhler, R. Meyer, A. Homburg: ''Explosivstoffe.'' Zehnte, vollständig überarbeitete Auflage. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 2008, ISBN 978-3-527-32009-7.</ref>
| Schmelzpunkt    = 80,1 [[Grad Celsius|°C]]<ref name="GESTIS"/>
| Siedepunkt      = Zersetzung ab 160&nbsp;°C<ref name="GESTIS"/>
| Dampfdruck      = 5,50·10<sup>−6</sup> Torr (25 °C)<ref name="Östmark">Östmark, H.; Wallin, S.; Ang, H.G.: ''Vapor Pressure of Explosives: A Critical Review'' in [[Propellants Explos. Pyrotech.]] 37 (2012) 12–23, {{DOI|10.1002/prep.201100083}}.</ref>
| Löslichkeit     = sehr schlecht in Wasser (140 mg·l<sup>−1</sup>, 20&nbsp;°C)<ref name="GESTIS"/>
| CLH             = {{CLH-ECHA|ID=100.003.900|Name=2,4,6-trinitrotoluene|Abruf=2016-08-01}}
| Quelle GHS-Kz   = <ref name="GESTIS" />
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme|01|06|08|09}}
| GHS-Signalwort  = Gefahr
| H               = {{H-Sätze|201|301+311+331|361d|373|411}}
| EUH             = {{EUH-Sätze|-}}
| P               = {{P-Sätze|?}}
| Quelle P        = 
| MAK             = Schweiz: 0,01 ml·m<sup>−3</sup> bzw. 0,1 mg·m<sup>−3</sup><ref>{{SUVA-MAK |Name=Trinitrotoluol |CAS-Nummer=118-96-7 |Abruf=2015-11-02}}</ref>
| ToxDaten        = {{ToxDaten |Typ=LD50 |Organismus=Ratte |Applikationsart=oral |Wert=607 mg·kg<sup>−1</sup> |Bezeichnung= |Quelle=<ref name="GESTIS"/> }}
}}
[[Datei:Tání TNT při 81 °C.JPG|mini|Schmelzendes TNT]]
'''Trinitrotoluol''' ('''TNT'''), nach [[International Union of Pure and Applied Chemistry|IUPAC]]-Nomenklatur '''2-Methyl-1,3,5-trinitrobenzen''', ist ein [[Sprengstoff]]. Die [[Strukturformel]] der [[Chemische Verbindung|Verbindung]] zeigt einen [[Benzol]]ring mit einer [[Methylgruppe]]&nbsp;(–CH<sub>3</sub>) und drei ortho- bzw. para[[Ständigkeit|ständige]] [[Nitrogruppe]]n&nbsp;(–NO<sub>2</sub>) als [[Substituent]]en. Die Verbindung entsteht durch [[Nitrierung]] von [[Toluol]] mittels [[Nitriersäure]], einer Mischung von [[Salpetersäure|Salpeter-]] und [[Schwefelsäure]].

Erstmals im Jahre 1863 von [[Julius Wilbrand]] (1839–1906) [[Synthese (Chemie)|synthetisiert]],<ref>J. Wilbrand: ''Notiz über Trinitrotoluol.'' In: ''[[Annalen der Chemie und Pharmacie]].'' Band 128, 1863, S.&nbsp;178–179 ({{Google Buch|BuchID=olAzAAAAYAAJ|Band=3|Seite=178|Linktext=Volltext}}).</ref> wurde 1901 zunächst im [[Deutsches Kaiserreich|Deutschen Reich]] mit der Großproduktion von TNT begonnen. Das [[TNT-Äquivalent]] dient als Maßstab für die bei einer [[Explosion]] freiwerdende [[Energie]].

== Geschichte ==
Nach der ersten Darstellung 1863, der Weiterentwicklung der Synthese durch P. Hepp 1880 und der Entdeckung von TNT als geeignetem [[Explosivstoff]] durch [[Carl Haeussermann]] (1853–1918) im Jahr 1889 gelang der ''[[Dynamit Nobel|Dynamit&nbsp;AG]], vormals [[Alfred Nobel]]&nbsp;&&nbsp;Co.'' (DAG) zuerst 1901 im Werk [[Schlebusch]] die großtechnische Produktion. Besonders durch den Bedarf des [[Militär]]s an TNT als Füllung von [[Granate]]n (ab 1902 zuerst im Deutschen Reich) entstanden rasch zahlreiche Fabriken. Der Ausgangsstoff Toluol konnte damals aber nur in begrenzter Menge hergestellt werden, da man auf die Gewinnung aus [[Steinkohlenteer]] angewiesen war, einem Gemisch aus Tausenden von Einzelsubstanzen, das bei der Koksgewinnung anfällt. Aus heutiger Sicht ist diese Methode allerdings nicht mehr wirtschaftlich, da der Anteil des Toluols im Steinkohlenteer relativ gering ist.

Im [[Zweiter Weltkrieg|Zweiten Weltkrieg]] wurde TNT wiederum verstärkt produziert. Sogenannte „Schlaffabriken“, darunter das [[Werk Tanne]] bei [[Clausthal-Zellerfeld]], wurden schon vor Kriegsanfang errichtet, zumeist mit zweifacher Ausführung der Anlagen, damit bei Zerstörungen und Beschädigungen weiter [[Sprengstoff]] hergestellt werden konnte. Die produzierten Mengen hatten drastisch zugenommen. So belief sich die Menge des im Deutschen Reich produzierten TNT auf 18.000 Tonnen pro Monat, während des Krieges wurden insgesamt ca. 800.000 Tonnen hergestellt. Diese Steigerung war möglich, weil das notwendige [[Edukt]] nun auch aus [[Erdöl]] gewonnen werden konnte. In einem zweistufigen Prozess, dem „Deutschen Verfahren“, wurde das Toluol zunächst einfach nitriert. Das entstandene [[Nitrotoluole|Mononitrotoluol]] (MNT) reinigte man von unerwünschten Nebenprodukten und nitrierte erneut, wodurch über [[2,4-Dinitrotoluol]] (DNT) das gewünschte Roh-TNT erzeugt wurde. Nach mehrfachem Waschen und Trocknen konnte es granuliert und dann verarbeitet werden. Sicherheitsmaßnahmen wurden dabei vernachlässigt, um für Nachschub an der Front zu sorgen. Da TNT lange Zeit für ungiftig gehalten wurde, neutralisierte man lediglich die Abfälle und ließ sie in Naturgewässer fließen, wo sie sich teilweise in Form von Schlamm ablagerten und als Rüstungsaltlasten die Umwelt schädigen. Auch die Arbeitskräfte in der Produktion litten unter der Fehleinschätzung, TNT sei ungiftig. So ist bekannt, dass allein zwischen 1911 und 1915 279 Beschäftigte starben, weil TNT über Haut oder Atemwege in ihre Körper gelangt war – vielfach nur in sehr kleinen Mengen. Die beiden größten TNT-Produktionsstätten in Deutschland während des Zweiten Weltkriegs waren die Sprengstofffabriken [[Sprengstoffwerke Allendorf und Herrenwald#Das Werk Allendorf der Verwertchemie (DAG)|Allendorf]] und [[Sprengstofffabrik Hessisch Lichtenau|Hessisch Lichtenau]].

== Gewinnung und Darstellung ==
Für die Herstellung von TNT kann [[Toluol]] mit [[Nitriersäure]], einer Mischung aus [[Schwefelsäure|Schwefel-]] und [[Salpetersäure]], nitriert werden. Erstere [[Protonierung|protoniert]] aufgrund ihres geringeren [[Säurekonstante|pK<sub>s</sub>-Wertes]] (größere Säurestärke) die Salpetersäure. Es werden dadurch wesentlich mehr reaktive [[Elektrophilie|elektrophile]] NO<sub>2</sub><sup>+</sup>-Ionen (auch Nitryl-Kation oder [[Nitroniumion]]) gebildet. Die NO<sub>2</sub><sup>+</sup>-Ionen sind die reaktiven Moleküle im Reaktionsgemisch, durch die die [[Elektrophile aromatische Substitution|elektrophile Substitution]] am Aromaten ermöglicht wird.

:<math>\mathrm{HNO_3 + H_2SO_4 \longrightarrow NO_2^{\delta^+} \dotsb OH^{\delta^-} \dotsb SO_4H_2^{\delta^+} \longrightarrow HSO_4^- + H_2O + NO_2^+}</math>

Die Bildung des Trinitrotoluols erfolgt in Stufen. Zunächst erfolgt die Mononitrierung des Toluols, die auf Grund des induktiven Effekts der Methylgruppe mit 96%iger Wahrscheinlichkeit in ortho- oder [[Substitutionsmuster|para-Position]] stattfindet. Das nun gebildete [[Nitrotoluole|Nitrotoluol]] kann vom starken Elektrophil NO<sub>2</sub><sup>+</sup> weiter nitriert werden, bis mit drei die maximale Anzahl an Nitrogruppen im Molekül vorhanden ist und damit Trinitrotoluol entstanden ist.

== Eigenschaften ==
=== Physikalische Eigenschaften ===
[[datei:Trinitrotoluen.JPG|mini|TNT-Stücke]]
Trinitrotoluol kann in zwei verschiedenen Modifikationen auftreten ([[Polymorphie (Stoffeigenschaft)|Polymorphie]]), die sich schon anhand ihrer Farbe unterscheiden lassen.<ref name=JCSFT1996>H. G. Gallagher, J. N. Sherwood: ''Polymorphism, twinning and morphology of crystals of 2,4,6-trinitrotoluene grown from solution.'' In: ''[[J. Chem. Soc., Faraday Trans.]]'' 92 (1996), S.&nbsp;2107–2116 ({{DOI|10.1039/FT9969202107}}).</ref><ref name=CGD2003>R.M. Vrcelj, J.N. Sherwood, A.R. Kennedy, H.G. Gallagher, T. Gelbrich: ''Polymorphism in 2-4-6 Trinitrotoluene.'' In: ''[[Crystal Growth & Design]]'' 3&nbsp;(6) (2003), S.&nbsp;1027–1032 ({{DOI|10.1021/cg0340704}}).</ref> Die stabile, [[Monoklines Kristallsystem|monokline]] Form bildet hellgelbe, nadelförmige Kristalle, die bei 80,4&nbsp;°C schmelzen.<ref name=JCSFT1996/><ref name=CGD2003/> Eine metastabile, [[Orthorhombisches Kristallsystem|orthorhombische]] Form bildet orange Kristalle. Beim Erhitzen auf 70&nbsp;°C erfolgt eine Umwandlung zur monoklinen Form.<ref name=JCSFT1996/><ref name=CGD2003/> In Wasser ist die Verbindung sehr schwer löslich, mäßig löslich in [[Methanol]] (1 %<ref name=JCSFT1996/>) und [[Ethanol]] (3 %<ref name=JCSFT1996/>), gut löslich hingegen in [[Ether]], [[Ethylacetat]] (47 %<ref name=JCSFT1996/>), [[Aceton]], [[Benzol]], [[Toluol]] (55 %<ref name=JCSFT1996/>) und [[Pyridin]]. Mit seinem niedrigen Schmelzpunkt von 80,4&nbsp;°C lässt sich TNT im Wasserbad schmelzen und kann in Formen gegossen werden. Die Verbindung kann im Vakuum destilliert werden. Die Dampfdruckfunktion ergibt sich nach Antoine entsprechend log<sub>10</sub>(P) = A−(B/(T+C)) (P in bar, T in K) mit A = 5,37280, B = 3209,208 und C = −24,437 im Temperaturbereich von 503&nbsp;K bis 523&nbsp;K.<ref>Yu Maksimov: ''Steam Pressures of Nitroaromatic Compounds at Different Temperatures.'' In:  ''[[Zh. Fiz. Khim.]]'' 42 (1968), S.&nbsp;2921–2925.</ref> Die Verbindung verträgt eine Dauererhitzung bis 140&nbsp;°C. Oberhalb von 160&nbsp;°C setzt eine Gasentwicklung ein. Ab 240&nbsp;°C tritt eine Verpuffung unter starker Rußentwicklung auf.<ref name="GESTIS"/> TNT ist giftig und kann bei Hautkontakt allergische Reaktionen hervorrufen. Es färbt die Haut leuchtend gelborange.

=== Explosionskenngrößen ===
TNT ist einer der bekanntesten, chemisch homogenen, also nur aus einer Komponente bestehenden, Explosivstoffe. Wie alle homogenen Explosivstoffe verdankt TNT seine Explosivität einer internen chemischen Instabilität und der Bildung wesentlich stabilerer, gasförmiger Produkte bei der Explosion. Der für die Explosion nötige Brennstoff (das [[Reduktionsmittel]] in Form der C-Atome) und der Oxidator (das [[Oxidationsmittel]] in Form der Nitrogruppen) sind dabei im TNT-Molekül selbst enthalten. Aus chemischer Sicht spricht man bei der Explosion von einer [[intramolekular]] sehr schnell und [[exotherm]] ablaufenden [[Redoxreaktion]], die durch eine [[Initialzündung]]  gestartet wird. Die entstehenden stabileren und energieärmeren Produkte sind z.&nbsp;B. [[Stickstoff]], Kohlenstoffdioxid, Methan, [[Kohlenstoffmonooxid|Kohlenmonoxid]] und [[Cyanwasserstoff]]. Letztere Produkte können wegen des zu geringen Sauerstoffanteils im Molekül entstehen.

Wird zu Beginn eine ausreichende Menge der Substanz gezündet, erhält die abgegebene Energie die Reaktion aufrecht und die gesamte Stoffmenge reagiert. Die Umsetzung erfolgt dabei in einer sehr schnellen, schmalen Reaktionszone, welche die Substanz wie eine [[Chemische Welle|Welle]] durchläuft. Die Geschwindigkeit dieser Reaktionszone erreicht bei leistungsfähigen Explosivstoffen mehrere tausend Meter pro Sekunde, überschreitet also die innerstoffliche Schallgeschwindigkeit. Durch die freigesetzte Energie und die Entstehung von Gasen als Reaktionsprodukte kommt es zu einem extrem steilen Druck- und Temperaturanstieg, was die Wirksamkeit brisanter Sprengstoffe begründet.

Wichtige sicherheitstechnische Kenngrößen zum Explosionsverhalten sind:<ref name=Meyer2008/>
* [[Explosionswärme]]: 3725&nbsp;kJ·kg<sup>−1</sup> <small>(H<sub>2</sub>O (l))</small>, 3612&nbsp;kJ·kg<sup>−1</sup> <small>(H<sub>2</sub>O (g))</small>
* [[Sprengstoff#Spezifisches Schwadenvolumen (Normalgasvolumen)|Normalgasvolumen]]: 975&nbsp;l·kg<sup>−1</sup>
* [[Detonationsgeschwindigkeit]]: 6900&nbsp;m/s (Dichte: 1,6 g/cm<sup>3</sup>)
* [[Bleiblockausbauchung]]: 30 cm<sup>3</sup>/g
* [[Verpuffungspunkt]]: 300&nbsp;°C
* [[Schlagempfindlichkeit]]: 15 Nm (1,5 kpm)
* [[Reibempfindlichkeit]]: bis 353 N (36 kp) keine Reaktion
* Grenzdurchmesser beim [[Stahlhülsentest]]: 5&nbsp;mm

== Verwendung ==
TNT ist noch heute ein wichtiger militärischer Sprengstoff. Verwendet wird er militärisch und gewerblich in Mischungen als Sicherheitssprengstoff, der nur durch [[Initialzündung]] (beispielsweise durch eine [[Sprengkapsel]]) zur Detonation gebracht werden kann. Gegossenes TNT benötigt zur sicheren Zündung sogar eine [[Verstärkerladung]], den so genannten ''Booster''. TNT allein wird durch Brand oder Hitze nicht explodieren; es brennt einfach ab mit einer sehr heißen hellgrünen Flamme, allerdings können die Brandgase in bestimmten Fällen trotzdem genug Druck aufbauen, um Schaden anzurichten. Aufgrund seiner hohen Herstellungskosten (etwa das 20fache gewerblicher Sprengstoffe) ist sein Haupteinsatz im [[militär]]ischen Bereich (Sprengmittel besonders in [[Granate]]n, [[Bombe]]n und [[Mine (Waffe)|Minen]]). Die Sprengstoffmischung [[Composition B]] enthält circa 40 % TNT.

Inzwischen wird es in diesem Bereich durch insensitive Sprengstoffe verdrängt, die durch Mischung aus Spreng- und Zusatzstoffen hergestellt werden.

Gründe für die breite Verwendung sind die vergleichsweise vielfältigen und sicheren Verarbeitungs- und Anwendungsmöglichkeiten. Im Gegensatz zu vielen anderen Sprengstoffen lässt sich TNT nahezu ohne die Gefahr der Umsetzung verflüssigen, gießen und in Formen pressen.<ref>Thomas Enke: ''Grundlagen der Waffen- und Munitionstechnik,'' 2., aktualisierte Auflage. Walhalla Fachverlag, Regensburg 2021, [[doi:10.5771/9783802947780]], S. 103.</ref>

Der Energiegehalt beträgt in [[SI-Einheit]]en:
: 1 kg TNT ≙ 4,6 Megajoule (4,6&nbsp;·&nbsp;10<sup>6</sup>&nbsp;Joule). Zum Vergleich: Brennholz hat einen 3 bis 4 Mal höheren Energiewert.

Die im Zusammenhang mit [[Kernwaffenexplosion]]en verwendete Einheit [[TNT-Äquivalent]] basiert auf der veralteten Einheit [[Kalorie]] und ist definiert durch

: 1 kT (Kilotonne TNT) ≙ 10<sup>12</sup> cal = 4,184&nbsp;·&nbsp;10<sup>12</sup>&nbsp;J.

:<small>Die Einheiten Megatonne und Gigatonne sind analog definiert. Durch die Großschreibung (Symbol ''T'') soll die Verwechselung mit der [[Masse (Physik)|Masseneinheit]] ''[[Tonne (Einheit)|Tonne]]'' (Symbol kleingeschriebenes ''t'') verhindert werden.</small>

== Literatur ==
* Richard Escales: ''Nitrosprengstoffe.'' Survival Press 1915, Reprint 2003, ISBN 3-8330-0114-3.
* [[Hans-Jürgen Quadbeck-Seeger]] u. a.: ''Chemie Rekorde. Menschen, Märkte, Moleküle.'' 2. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 1999, ISBN 3-527-29870-3.
* M. E. Walsh, T. F. Jenkins, P. S. Schnitker, J. W. Elwell, M. H. Stutz: ''Evaluation of SW846 Method 8330 for characterization of sites contaminated with residues of high explosives.'' CRREL Report 93-5, U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Hanover, NH.

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
{{Commonscat|Trinitrotoluene|Trinitrotoluol|audio=1|video=0}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4308177-0|LCCN=sh2001000298}}

[[Kategorie:Polynitrobenzol]]
[[Kategorie:Sprengstoff]]
[[Kategorie:Toluol]]