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트라이나이트로톨루엔

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목차

1. 개요

트라이나이트로톨루엔(TNT)은 톨루엔을 질산과 황산으로 니트로화하여 합성되는 폭발성 물질이다. 1863년 처음 합성되었으나, 1900년대 초 피크르산을 대체하며 주요 폭약으로 사용되기 시작했다. TNT는 충격과 마찰에 둔감하고 다른 폭발물과 안전하게 결합할 수 있으며, 군사, 산업, 채광 등 다양한 분야에서 사용된다. TNT는 유독성이 있어 피부 자극을 유발하며, 장기 노출 시 빈혈, 간 기능 이상 등을 일으킬 수 있다. 환경 오염 문제도 있으며, 토양 및 수질 오염을 유발할 수 있다. 한국에서는 소방법상 위험물로 분류되며, 화약류 단속법에 의해 제조 및 소지가 제한된다.

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트라이나이트로톨루엔 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
트라이나이트로톨루엔 구조
트라이나이트로톨루엔 구조
트라이나이트로톨루엔 3D 분자 모형
트라이나이트로톨루엔 3D 분자 모형
고체 트라이나이트로톨루엔
고체 트라이나이트로톨루엔
IUPAC 명칭2-메틸-1,3,5-트라이나이트로벤젠
다른 이름트라이나이트로톨루엔
2,4,6-트라이나이트로메틸벤젠
2,4,6-트라이나이트로톨루올
TNT
톨라이트
트릴라이트
트라이나이트로톨루올
트라이놀
트라이톨로
트라이톨롤
트라이톤
트라이톤
트로틸
트로톨
트로틸
식별 정보
약어TNT
화학 물질 식별자 (ChemSpider)8073
유럽 화학 물질 데이터베이스 (ChEMBL)1236345
고유 성분 식별자 (UNII)H43RF5TRM5
국제 화학 식별자 (InChI)1/C7H5N3O6/c1-4-2-3-5(8(11)12)7(10(15)16)6(4)9(13)14/h2-3H,1H3
국제 화학 식별자 키 (InChIKey)FPKOPBFLPLFWAD-UHFFFAOYAR
CAS 등록 번호118-96-7
유엔 번호 (UN Number)0209 – 건조하거나 30% 미만의 물로 습윤
0388, 0389 – 트라이나이트로벤젠, 헥사나이트로스틸벤 혼합물
유럽 공동체 번호 (EINECS)204-289-6
PubChem8376
약물 은행 (DrugBank)DB01676
표준 국제 화학 식별자 (StdInChI)1S/C7H5N3O6/c1-4-6(9(13)14)2-5(8(11)12)3-7(4)10(15)16/h2-3H,1H3
표준 국제 화학 식별자 키 (StdInChIKey)SPSSULHKWOKEEL-UHFFFAOYSA-N
스마일즈 표기법 (SMILES)Cc1c(cc(cc1[N+](=O)[O-])[N+](=O)[O-])[N+](=O)[O-]
미국 국립 직업 안전 보건 연구소 (RTECS)XU0175000
교토 백과 사전 유전자 및 게놈 (KEGG)C16391
성질
분자식C7H5N3O6
겉모습옅은 노란색 고체. 용융 주조 전에는 느슨한 "바늘", 플레이크 또는 알갱이. 케이스에 붓고 나면 단단한 블록이 됨.
밀도1.654 g/cm³
녹는점80.35 °C
끓는점240.0 °C (분해)
용해도0.13 g/L (20 °C)
다른 용매에 대한 용해도용해됨
용매에터, 아세톤, 벤젠, 피리딘
증기압0.0002 mmHg (20°C)
폭발성
충격 민감도둔감함
마찰 민감도353 N에 둔감
폭발 속도6900 m/s
상대적 효과 계수 (RE factor)1.00
위험성
NFPA 704건강: 2
화재: 1
반응성: 4
기타:
GHS 그림 문자


GHS 신호어위험
H 문구H201, H301, H311, H331, H373, H411
P 문구P210, P273, P309+311, P370+380, P373, P501
노출 기준 (PEL)TWA 1.5 mg/m³ [피부]
즉시 위험한 농도 (IDLH)500 mg/m³
권장 노출 기준 (REL)TWA 0.5 mg/m³ [피부]
LD50 (치사량 50%)795 mg/kg (쥐, 경구)
660 mg/kg (생쥐, 경구)
LDLo (최저 치사량)500 mg/kg (토끼, 경구)
1850 mg/kg (고양이, 경구)
관련 화합물
관련 화합물피크르산
헥사나이트로벤젠
2,4-다이나이트로톨루엔
기타 정보
조선인민군 용어조선인민군에서는 러시아제 PMD-57 목함지뢰를 일컫는 용어로 사용하기도 함.

2. 역사

1863년 요제프 빌브란트가 톨루엔을 질산과 황산의 혼합산, 즉 혼산을 사용하여 고온에서 나이트로화함으로써 처음으로 합성에 성공하였다.[5] 1891년 독일에서 공업적인 규모로 대량 생산을 시작하였으며,[54] 1901년 피크르산을 대신하여 주요한 폭약이 되었다.

TNT는 액체 상태에서 포탄에 안전하게 부을 수 있어, 1910년에는 영국 1875년 폭발물법에서 면제되었고 제조 및 보관 목적으로 폭발물로 간주되지 않았다.[7]

2. 1. 개발

1863년 독일의 화학자 요제프 빌브란트(Joseph Wilbrand)가 톨루엔을 높은 온도에서 니트로화함으로써 처음으로 TNT 합성에 성공하였다.[5] 당시에는 노란색 염료로 사용되었으며, 폭발물로서의 가능성은 30년 동안 인식되지 못했는데, 당시 알려진 다른 폭발물보다 훨씬 덜 민감했기 때문이다.

1891년 독일의 화학자 카를 하우세르만(Carl Häussermann)이 TNT의 폭발성을 발견하였고,[6] 독일에서 공업적 규모의 대량 생산이 시작되었다.[54]

1902년 독일군은 포병 포탄의 충전물로 TNT를 채택했다. TNT로 채워진 철갑탄은 영국 군함의 장갑을 관통한 후에 폭발하는 반면, 영국의 리다이트로 채워진 포탄은 장갑에 부딪히자마자 폭발하는 경향이 있어 선체 밖에서 에너지의 상당 부분을 소모했다.[7] 1907년 영국은 리다이트를 TNT로 교체하기 시작했다.[8]

1901년에는 피크르산을 대신하여 주요 폭약이 되었다.

2. 2. 채택 및 활용

TNT는 1863년 독일의 화학자 요제프 빌브란트에 의해 처음 합성되었으며,[5] 원래는 노란색 염료로 사용되었다. 폭발물로서의 가능성은 30년 동안 인식되지 못했는데, 당시 알려진 다른 폭발물보다 훨씬 덜 민감했기 때문이다. 폭발성은 1891년 또 다른 독일 화학자 카를 하우세르만에 의해 발견되었다.[6]

독일군은 1902년 포병 포탄의 충전물로 TNT를 채택했다. TNT로 채워진 철갑탄은 영국 군함의 장갑을 관통한 후에 폭발하는 반면, 영국 리다이트로 채워진 포탄은 장갑에 부딪히자마자 폭발하는 경향이 있어 선체 밖에서 에너지의 상당 부분을 소모했다.[7] 영국은 1907년에 리다이트를 TNT로 교체하기 시작했다.[8]

미국 해군은 다른 국가들이 TNT로 전환한 후에도 철갑탄에 폭발물 D를 계속 채웠지만, 기뢰, 폭탄, 폭뢰, 어뢰 탄두를 거친 B급 TNT(색상은 흑설탕과 유사)로 채우기 시작했고, 폭발을 위해 과립 결정화된 A급 TNT의 폭발 부스터가 필요했다. 고폭탄은 A급 TNT로 채워졌으며, 자일렌 및 유사 탄화수소를 톨루엔 원료 및 기타 니트로톨루엔 이성질체 부산물로부터 제거하기 위한 산업 화학 설비가 갖춰지면서 다른 용도로 선호되었다.[9]

폭발물 등급 TNT 덩어리


M795 포탄, 신관 장착, TNT 충전 표시


M107 포탄. 모두 "Comp B"(TNT와 RDX 혼합물) 충전 표시 및 신관 장착


M120 Rak 박격포탄 그룹. 왼쪽의 짙은 녹색 포탄은 TNT 충전 표시

3. 제조법

트라이나이트로톨루엔(TNT) 제조법에는 1단법, 2단법, 3단법, 연속법이 있다.


  • 1단법은 반응이 격렬하고 위험하여 잘 쓰이지 않는다.
  • 2단법은 소규모 설비로 실험 등에서 적은 양을 제조할 때 이용된다. 황산과 질산 혼합산을 사용하여 톨루엔을 2단계로 니트로화한다.
  • 3단법과 연속법은 제품 순도를 높여 취급이 쉽기 때문에 공업에서 대량 생산에 쓰인다.

3. 1. 산업적 제조

산업에서 TNT는 3단계 공정으로 생산된다. 첫째, 톨루엔을 질산과 황산의 혼합물로 질화하여 모노니트로톨루엔(MNT)을 생산한다. MNT는 분리된 후 다시 질화되어 디니트로톨루엔(DNT)이 된다. 마지막 단계에서 DNT는 무수 질산과 올레움의 혼합물을 사용하여 트리니트로톨루엔(TNT)으로 질화된다. 질산은 제조 과정에서 소모되지만, 희석된 황산은 재농축하여 재사용할 수 있다.

질화 후, TNT는 유기 용매로부터의 결정화를 통해 정제되거나 설피테이션이라고 하는 공정을 통해 안정화될 수 있다. 이 공정에서 조악한 TNT는 덜 안정한 TNT 이성질체와 다른 원치 않는 반응 생성물을 제거하기 위해 수용성 아황산나트륨 용액으로 처리된다. 설피테이션으로부터의 헹굼 물은 적색 물로 알려져 있으며 TNT 제조의 중요한 오염 물질이자 폐기물이다.[10]

공급 질산 내 질소 산화물의 제어는 매우 중요하다. 자유 이산화질소는 톨루엔의 메틸기를 산화시킬 수 있기 때문이다. 이 반응은 매우 발열 반응이며, 통제 불능 반응이 발생하여 폭발로 이어질 위험이 따른다.

제조 방법에는 1단법, 2단법, 3단법 및 연속법이 있다.

  • 1단법은 반응이 격렬하여 위험하므로 실용적으로 사용되지 않는다.
  • 2단법은 소규모 설비에서만 제조할 수 있으므로, 실험 등에서 소량을 제조하는 데 사용된다. 이는 황산과 질산의 혼산을 사용하여 톨루엔을 2단계 니트로화하는 것이다.
  • 3단법, 연속법은 수율이 좋고 제품 순도를 높이기 쉬우며 취급이 용이하여 산업적 대량 생산에 사용된다.

3. 2. 정제

산업에서 TNT는 3단계 공정으로 생산된다. 첫째, 톨루엔을 질산과 황산의 혼합물로 질화하여 모노니트로톨루엔(MNT)을 생산한다. MNT는 분리된 후 다시 질화되어 디니트로톨루엔(DNT)이 된다. 마지막 단계에서 DNT는 무수 질산과 올레움의 혼합물을 사용하여 트리니트로톨루엔(TNT)으로 질화된다. 질산은 제조 과정에서 소모되지만, 희석된 황산은 재농축하여 재사용할 수 있다.

질화 후, TNT는 유기 용매로부터의 결정화를 통해 정제되거나 설피테이션이라고 하는 공정을 통해 안정화될 수 있다. 이 공정에서 조악한 TNT는 덜 안정한 TNT 이성질체와 다른 원치 않는 반응 생성물을 제거하기 위해 수용성 아황산나트륨 용액으로 처리된다. 설피테이션으로부터의 헹굼 물은 적색 물로 알려져 있으며 TNT 제조의 중요한 오염 물질이자 폐기물이다.[10]

공급 질산 내 질소 산화물의 제어는 매우 중요하다. 자유 이산화질소는 톨루엔의 메틸기를 산화시킬 수 있기 때문이다. 이 반응은 매우 발열 반응이며, 통제 불능 반응이 발생하여 폭발로 이어질 위험이 따른다.

실험실에서는 2,4,6-트리니트로톨루엔이 2단계 공정으로 생산된다. 농축 질산과 황산의 질화 혼합물을 사용하여 톨루엔을 모노- 및 디-니트로톨루엔 이성질체의 혼합물로 질화하며, 온도를 유지하기 위해 주의 깊게 냉각한다. 질화된 톨루엔은 분리된 후 탄산수소나트륨 희석액으로 세척하여 질소 산화물을 제거하고, 그 다음 발연 질산과 황산의 혼합물로 주의 깊게 질화한다.

제조 방법에는 1단법, 2단법, 3단법 및 연속법이 있다.

  • 1단법은 반응이 격렬하여 위험하므로 실용적으로 사용되지 않는다.
  • 2단법은 소규모 설비에서만 제조할 수 있으므로, 실험 등에서 소량을 제조하는 데 사용된다. 이는 황산과 질산의 혼산을 사용하여 톨루엔을 2단계 나이트로화하는 것이다.
  • 3단법, 연속법은 수율이 좋고 제품 순도를 높이기 쉬우며 취급이 용이하여 산업적 대량 생산에 사용된다.

3. 3. 실험실 제법

산업에서 트라이나이트로톨루엔(TNT)는 3단계 공정으로 생산된다. 첫째, 톨루엔을 질산과 황산의 혼합물로 질화하여 모노나이트로톨루엔(MNT)을 생산한다. MNT는 분리된 후 다시 질화되어 다이나이트로톨루엔(DNT)이 된다. 마지막 단계에서 DNT는 무수 질산과 올레움의 혼합물을 사용하여 트라이나이트로톨루엔(TNT)으로 질화된다. 질산은 제조 과정에서 소모되지만, 희석된 황산은 재농축하여 재사용할 수 있다.[10]

실험실에서는 2,4,6-트라이나이트로톨루엔이 2단계 공정으로 생산된다. 농축 질산과 황산의 질화 혼합물을 사용하여 톨루엔을 모노- 및 다이-나이트로톨루엔 이성질체의 혼합물로 질화하며, 온도를 유지하기 위해 주의 깊게 냉각한다. 질화된 톨루엔은 분리된 후 탄산수소나트륨 희석액으로 세척하여 질소 산화물을 제거하고, 그 다음 발연 질산과 황산의 혼합물로 주의 깊게 질화한다.

4. 성질

TNT는 폭발 시 다음과 같은 반응식으로 분해된다.[19]

: 2 C7H5N3O6 → 3 N2 + 5 H2 + 12 CO + 2 C

다음 반응도 일부 일어난다.[19]

: H|2영어 + CO → H|2|O영어 + C

: 2 CO → CO|2영어 + C

이 반응은 발열 반응이지만 기체 상태에서는 높은 활성화 에너지(~62 kcal/mol)를 갖는다. 응축상(고체 또는 액체)에서는 고밀도에서 고유한 2분자 분해 경로로 인해 약 35 kcal/mol의 현저히 낮은 활성화 에너지를 보인다.[19] TNT 폭발은 탄소가 생성되기 때문에 그을린 모습을 보인다. TNT는 탄소가 과잉 함유되어 있으므로, 산소 함량이 높은 화합물과의 폭발성 혼합물은 TNT 단독보다 kg당 더 많은 에너지를 생성할 수 있다. 20세기 동안 TNT와 질산 암모늄의 혼합물인 아마톨은 널리 사용되는 군사용 폭약이었다.

TNT는 고속 기폭제나 효율적인 충격으로 폭발할 수 있다.[20] 수년 동안 TNT는 둔감도 지수의 기준점이었으며, "F of I" 척도에서 정확히 100점을 받았다. 이 기준은 이후 F of I 점수가 80인 더 민감한 폭약인 RDX로 변경되었다.[21]

4. 1. 물리적 성질

'''TNT 화약'''의 주성분이다. 엷은 황색의 결정이지만, 햇빛에 노출되면 갈색으로 변한다. 물에는 녹지 않지만, 알코올에는 가열하면 녹고, 다이에틸 에테르에도 녹는다. 금속과는 반응하지 않는다. 초기 화재의 경우, 물, 포말 등의 수계 소화제로 소화한다.

연소 화학식은 다음과 같다.

2C7H5N3O6 -> 3N2 + 5H2O + 7CO + 7C

4. 2. 화학적 성질

TNT는 폭발 시 다음과 같은 반응식으로 분해된다.[19]

: 2 C7H5N3O6 → 3 N2 + 5 H2 + 12 CO + 2 C

그리고 다음 반응도 일부 일어난다.

: H|2영어 + CO → H|2|O영어 + C

: 2 CO → CO|2영어 + C

이 반응은 발열 반응이지만 기체 상태에서는 높은 활성화 에너지(~62 kcal/mol)를 갖는다. 응축상(고체 또는 액체)은 고밀도에서 고유한 2분자 분해 경로로 인해 약 35 kcal/mol의 현저히 낮은 활성화 에너지를 보인다.[19] 탄소가 생성되기 때문에 TNT 폭발은 그을린 모습을 보인다. TNT는 탄소 과잉을 가지고 있으므로, 산소 함량이 높은 화합물과의 폭발성 혼합물은 TNT 단독보다 킬로그램당 더 많은 에너지를 생성할 수 있다. 20세기 동안 TNT와 질산 암모늄의 혼합물인 아마톨은 널리 사용되는 군사용 폭약이었다.

TNT는 고속 기폭제나 효율적인 충격으로 폭발할 수 있다.[20] 수년 동안 TNT는 둔감도 지수의 기준점이었다. TNT는 "F of I" 척도에서 정확히 100점을 받았다. 이 기준은 이후 F of I 점수가 80인 더 민감한 폭약인 RDX로 변경되었다.[21]

TNT는 '''TNT 화약'''의 주성분이다. 엷은 황색의 결정이지만, 햇빛에 노출되면 갈색으로 변한다. 물에는 녹지 않지만, 알코올에는 가열하면 녹고, 다이에틸 에테르에도 녹는다. 금속과는 반응하지 않는다. 초기 화재의 경우, 물, 포말 등의 수계 소화제로 소화한다.

연소 화학식은 다음과 같다.

: 2C7H5N3O6 → 3N2 + 5H2O + 7CO + 7C

4. 3. 폭발성

폭발 시, TNT는 다음과 같은 반응과 유사한 분해를 겪는다.[19]

: 2 C7H5N3O6 → 3 N2 + 5 H2O + 7 CO + 7 C

: 2 C7H5N3O6 → 3 N2 + 5 H2 + 12 CO + 2 C

그리고 다음의 반응도 일부 일어난다.[19]

:H|2|H₂영어 + CO → H|2|O|H₂O영어 + C

:2 CO → CO|2|CO₂영어 + C

이 반응은 발열 반응이지만 기체 상태에서는 높은 활성화 에너지(~62 kcal/mol)를 갖는다. 응축상(고체 또는 액체)은 고밀도에서 고유한 2분자 분해 경로로 인해 대략 35 kcal/mol의 현저히 낮은 활성화 에너지를 보인다.[19] 탄소가 생성되기 때문에, TNT 폭발은 그을린 모습을 보인다. TNT는 탄소 과잉을 가지고 있으므로, 산소 함량이 높은 화합물과의 폭발성 혼합물은 TNT 단독보다 킬로그램당 더 많은 에너지를 생성할 수 있다. 20세기 동안, TNT와 질산 암모늄의 혼합물인 아마톨은 널리 사용되는 군사용 폭약이었다.

TNT는 고속 기폭제나 효율적인 충격으로 폭발할 수 있다.[20] 수년 동안 TNT는 둔감도 지수의 기준점이었다. TNT는 "F of I" 척도에서 정확히 100점을 받았다. 이 기준은 이후 F of I 점수가 80인 더 민감한 폭약인 RDX로 변경되었다.[21]

따뜻한 지역에서는 생산 중에 생긴 디니트로톨루엔이나 트리니트로톨루엔의 이성체가 스며 나와 성형된 폭약이 붕괴되어 충격 감도가 상승하거나, 쇼트 등을 일으키는 경우가 있다.

5. 활용

트라이나이트로톨루엔(TNT)는 군사, 산업 및 채광 분야에서 널리 사용되는 폭발물 중 하나이다. 셰일층에서 석유와 가스를 추출하는 수압 파쇄(프래킹) 공정에 사용되기도 한다.[11]

TNT는 충격과 마찰에 둔감하여 폭발 위험이 적고, 80°C에서 녹아 자연 발화 온도보다 낮아 안전하게 다룰 수 있으며, 물에 잘 녹지 않아 습한 환경에서도 사용할 수 있다. 폭발시키려면 폭발 부스터가 필요하다.[12]

TNT는 다양한 크기(예: 250g, 500g, 1000g)의 블록으로 제공되지만, 다른 성분과 혼합된 상승작용 폭발 혼합물 형태로 더 자주 사용된다.

5. 1. 군사적 용도

TNT는 충격과 마찰에 둔감하여 폭발 위험이 적기 때문에 니트로글리세린과 같은 더 민감한 폭발물에 비해 가치가 높다. TNT는 80°C에서 녹는데, 이는 자연적으로 폭발하는 온도보다 훨씬 낮아 부어 넣거나 다른 폭발물과 안전하게 결합할 수 있다.[12] TNT는 물에 흡수되거나 용해되지 않으므로 습한 환경에서도 효과적으로 사용할 수 있다. 폭발시키려면 TNT는 폭발 부스터라고 불리는 스타터 폭발물의 압력파에 의해 유발되어야 한다.[12]

TNT 블록은 다양한 크기(예: 250g, 500g, 1,000g)로 제공되지만, TNT와 다른 성분의 가변적인 비율을 포함하는 상승작용 폭발 혼합물에서 더 흔하게 발견된다. TNT를 포함하는 폭발 혼합물의 예는 다음과 같다.

핵무기의 위력은 일반적으로 같은 에너지의 TNT 폭약의 질량으로 환산하여 표기된다. 예를 들어, "20메가톤급 수소폭탄"은 20메가톤, 즉 2,000만 톤 분의 TNT 폭약과 같은 폭발력을 갖는다(1메가톤=1,000,000톤). 참고로, 히로시마에 1945년 8월 6일에 투하된 원자폭탄은 15킬로톤(=15,000톤)이었다.

따뜻한 지역에서는 생산 중에 생긴 디니트로톨루엔이나 트리니트로톨루엔의 이성체가 스며 나와 성형된 폭약이 붕괴되어 충격 감도가 상승하거나, 쇼트 등을 일으키는 경우가 있다.

5. 2. 산업적 용도

TNT는 군사, 산업 및 채광 분야에서 널리 사용되는 폭발물 중 하나이다. 특히 셰일층에서 석유와 가스를 추출하는 수압 파쇄(프래킹) 공정에 사용되어 왔다. 이 기술은 수압으로 유도된 파쇄에서 니트로글리세린을 대체하고, 펠릿형 TNT를 사용하여 유정 구멍을 폭파하는 방식으로 활용된다.[11]

TNT는 충격과 마찰에 둔감하여 폭발 위험이 적다는 장점이 있다. 이는 니트로글리세린과 같은 더 민감한 폭발물에 비해 큰 이점이다. TNT는 80 °C (176 °F)에서 녹는데, 이는 자연 폭발 온도보다 훨씬 낮아 안전하게 다룰 수 있고 다른 폭발물과 결합하기도 용이하다. 또한 물에 흡수되거나 용해되지 않아 습한 환경에서도 효과적으로 사용할 수 있다. TNT를 폭발시키려면 폭발 부스터라고 불리는 스타터 폭발물의 압력파가 필요하다.[12]

TNT는 다양한 크기의 블록(예: 250 g, 500 g, 1,000 g)으로 제공되지만, 다른 성분과 혼합된 상승작용 폭발 혼합물 형태로 더 자주 사용된다. TNT를 포함하는 폭발 혼합물의 예는 다음과 같다.

6. 에너지 함량

TNT의 에너지 밀도는 핵무기를 포함한 많은 다른 폭발물의 기준점으로 사용되며, 핵무기의 에너지 함량은 TNT의 등가 톤(t)으로 측정된다. 국립표준기술연구소(NIST)에서 등가를 정의하기 위해 사용되는 에너지는 4.184 GJ/t이다.[22]

안전 평가를 위해, TNT의 폭발은 상황에 따라 2.673–6.702 GJ/t의 에너지를 방출할 수 있다고 언급되었다.[23]

하지만 연소열은 14.5 GJ/t (14.5MJ/kg 또는 4.027kWh/kg)이며, 이는 TNT의 탄소가 대기 중의 산소와 완전히 반응해야 함을 의미하지만 초기 폭발 시에는 발생하지 않는다.[24]

비교를 위해, 흑색 화약은 3MJ/kg, 다이너마이트는 7.5MJ/kg, 가솔린은 47.2MJ/kg의 에너지를 가지고 있다 (가솔린은 산화제를 필요로 하므로, 최적화된 가솔린과 O2 혼합물은 10.4MJ/kg의 에너지를 가진다).

7. 탐지

다양한 방법으로 TNT를 탐지할 수 있으며, 여기에는 광학 센서, 전기화학 센서, 폭발물 탐지견 등이 있다. 2013년, 인도 공과대학교 연구진은 귀금속 양자 클러스터를 이용하여 서브젭토몰 (10−18 mol/m3) 수준에서 TNT를 탐지할 수 있었다.[25]

8. 안전 및 독성

TNT는 유독성 물질로, 피부 접촉 시 염증을 일으키고 밝은 황색-주황색으로 변색시킬 수 있다.[26] 제1차 세계 대전 중 TNT를 다루던 여성 노동자들은 피부가 노랗게 변하는 현상 때문에 "카나리아 걸"이라는 별명으로 불렸다.[50]

TNT에 장기간 노출되면 빈혈, 간 기능 이상, 비장 비대, 면역계 장애, 남성 생식 능력 저하 등을 유발할 수 있다.[27][51] 쥐 실험에서는 발암 물질로 확인되었지만, 사람에게는 아직 영향이 없는 것으로 알려져 있다.[28] TNT 섭취 시 붉은 소변을 볼 수 있는데, 이는 혈액 때문이 아니라 분해 산물 때문이다.[29]

일부 군사 시험장은 TNT를 포함한 탄약 폐수로 인해 지하수와 지표수가 분홍색으로 오염되기도 한다. ("분홍 물" 오염).[34][35]

고온 환경에서 TNT 포함 탄약 보관 시 디니트로톨루엔 등 불순물이 새어 나와 충격에 민감해지거나, 뇌관으로 흘러 들어가 폭발 위험을 높일 수 있다.[30] 이를 막기 위해 규산칼슘을 혼합하기도 한다.[31]

8. 1. 안전성

TNT는 유독성이 있으며, 피부 접촉 시 피부 자극을 일으켜 피부가 밝은 황색-주황색으로 변할 수 있다. 제1차 세계 대전 동안 이 화학 물질을 취급한 여성 탄약 공장 노동자들은 피부가 밝은 노란색으로 변하는 것을 발견했고, 그 결과 "카나리아 걸" 또는 단순히 "카나리아"라는 별명을 얻었다.[26]

TNT에 장기간 노출된 사람들은 빈혈과 비정상적인 간 기능을 경험하는 경향이 있다. 혈액 및 간에 미치는 영향, 비장 비대, 면역 체계에 대한 기타 유해한 영향도 트리니트로톨루엔을 섭취하거나 흡입한 동물에서 발견되었다. TNT가 수컷의 생식 능력에 부정적인 영향을 미친다는 증거가 있다.[27] TNT는 가능한 인간 발암 물질로 등재되어 있으며, 쥐를 이용한 동물 실험에서 발암 효과가 입증되었지만, 지금까지 인간에게 미치는 영향은 없는 것으로 보인다.[28] TNT를 섭취하면 분해 산물의 존재로 인해 붉은 소변이 생성되며, 때때로 생각하는 것처럼 혈액 때문은 아니다.[29]

일부 군사 시험장은 탄약 프로그램에서 발생하는 폐수로 오염되어 있으며, TNT의 존재로 인해 분홍색을 띠는 지표수 및 지하수 오염이 포함된다.

TNT는 따뜻한 기후에서 TNT를 포함하는 탄약을 높은 온도에서 보관할 때 디니트로톨루엔 및 기타 트리니트로톨루엔 이성질체의 유출 경향이 있다. 불순물의 유출은 기공과 균열을 형성하게 하고(결과적으로 충격 감도를 증가시킴), 유출된 액체가 뇌관 나사산으로 이동하면 '화재 채널'이 형성되어 우발적인 폭발 위험이 증가한다. 뇌관 오작동은 액체가 뇌관 메커니즘으로 이동하는 경우에도 발생할 수 있다.[30] 규산칼슘은 유출 경향을 완화하기 위해 TNT와 혼합된다.[31]

8. 2. 독성

TNT는 유독성이 있으며, 피부 접촉 시 피부 자극을 일으켜 피부가 밝은 황색-주황색으로 변할 수 있다. 제1차 세계 대전 동안 이 화학 물질을 취급한 여성 탄약 공장 노동자들은 피부가 밝은 노란색으로 변하는 것을 발견했고, 그 결과 "카나리아 걸" 또는 단순히 "카나리아"라는 별명을 얻었다.[26]

TNT에 장기간 노출된 사람들은 빈혈과 비정상적인 간 기능을 경험하는 경향이 있다. 혈액 및 간에 미치는 영향, 비장 비대, 면역 체계에 대한 기타 유해한 영향도 트리니트로톨루엔을 섭취하거나 흡입한 동물에서 발견되었다. TNT가 수컷의 생식 능력에 부정적인 영향을 미친다는 증거가 있다.[27] TNT는 가능한 인간 발암 물질로 등재되어 있으며, 쥐를 이용한 동물 실험에서 발암 효과가 입증되었지만, 지금까지 인간에게 미치는 영향은 없는 것으로 보인다(2000년 3월 15일 IRIS에 따르면).[28] TNT를 섭취하면 분해 산물의 존재로 인해 붉은 소변이 생성되며, 때때로 생각하는 것처럼 혈액 때문은 아니다.[29]

일부 군사 시험장은 탄약 프로그램에서 발생하는 폐수로 오염되어 있으며, TNT의 존재로 인해 분홍색을 띠는 지표수 및 지하수 오염이 포함된다. 이러한 오염은 "분홍 물"이라고 불리며, 환경 복원이 어렵고 비용이 많이 들 수 있다.

따뜻한 기후에서 TNT를 포함하는 탄약을 높은 온도에서 보관할 때 디니트로톨루엔 및 기타 트리니트로톨루엔 이성질체의 유출 경향이 있다. 불순물의 유출은 기공과 균열을 형성하게 하고(결과적으로 충격 감도를 증가시킴), 유출된 액체가 뇌관 나사산으로 이동하면 '화재 채널'이 형성되어 우발적인 폭발 위험이 증가한다. 뇌관 오작동은 액체가 뇌관 메커니즘으로 이동하는 경우에도 발생할 수 있다.[30] 규산칼슘은 유출 경향을 완화하기 위해 TNT와 혼합된다.[31]

8. 3. 분홍색 및 적색 물

TNT는 유독성이 있으며, 피부 접촉 시 피부 자극을 일으켜 피부가 밝은 황색-주황색으로 변할 수 있다. 제1차 세계 대전 동안 이 화학 물질을 취급한 여성 탄약 공장 노동자들은 피부가 밝은 노란색으로 변하는 것을 발견했고, 그 결과 "카나리아 걸"이라는 별명을 얻었다.[26]

TNT에 장기간 노출된 사람들은 빈혈과 비정상적인 간 기능을 경험하는 경향이 있다. 혈액 및 간에 미치는 영향, 비장 비대, 면역 체계에 대한 기타 유해한 영향도 트리니트로톨루엔을 섭취하거나 흡입한 동물에서 발견되었다. TNT가 수컷의 생식 능력에 부정적인 영향을 미친다는 증거가 있다.[27] TNT는 가능한 인간 발암 물질로 등재되어 있으며, 쥐를 이용한 동물 실험에서 발암 효과가 입증되었지만, 지금까지 인간에게 미치는 영향은 없는 것으로 보인다(2000년 3월 15일 IRIS에 따르면).[28] TNT를 섭취하면 분해 산물의 존재로 인해 붉은 소변이 생성되며, 때때로 생각하는 것처럼 혈액 때문은 아니다.[29]

일부 군사 시험장은 탄약 프로그램에서 발생하는 폐수로 오염되어 있으며, TNT의 존재로 인해 분홍색을 띠는 지표수 및 지하수 오염이 포함된다. 이러한 오염은 "분홍색 물"이라고 불린다.

'''분홍색 물'''(Pink Water)과 '''적색 물'''(Red Water)은 트라이나이트로톨루엔과 관련된 두 가지 뚜렷한 유형의 폐수이다.[32] 분홍색 물은 탄약 충전 또는 군수 해체 작업 후 장비 세척 과정에서 생성되며,[33][34] 물에 녹을 수 있는 최대량의 TNT(약 150ppm)로 일반적으로 포화되어 있다. 그러나 정확한 과정에 따라 구성이 불확실하다. 특히, 공장에서 TNT/RDX 혼합물을 사용하면 사이클로트리메틸렌트리니트라민(RDX)을 포함할 수 있고, TNT/HMX를 사용하면 HMX를 포함할 수 있다. '''적색 물''' ( "Sellite water"라고도 함)은 조악한 TNT를 정제하는 과정에서 생성된다. 10가지가 넘는 방향족 화합물을 포함하는 복잡한 구성을 가지고 있지만, 주요 성분은 무기 염류(황산나트륨, 아황산나트륨, 아질산나트륨 및 질산나트륨) 및 술폰화된 니트로방향족이다.

분홍색 물과 적색 물은 생성 시에는 무색이다. 색상은 햇빛의 영향으로 일어나는 광분해 반응에 의해 생성된다. 이름에도 불구하고 적색 물과 분홍색 물은 반드시 다른 색조를 나타내는 것은 아니며, 색상은 주로 태양 노출 시간에 따라 달라진다. 충분히 오래 노출되면 "분홍색 물"은 다양한 색조의 분홍색, 빨간색, 녹슨 주황색 또는 검은색으로 변할 수 있다.[34][35]

TNT의 독성으로 인해 분홍색 물의 환경 배출은 미국 및 다른 많은 국가에서 수십 년 동안 금지되었지만, 매우 오래된 공장에서는 지면 오염이 존재할 수 있다.

9. 환경 영향

TNT는 건설 및 해체 작업에 적합하여 가장 널리 사용되는 폭발물이며, 이 때문에 독성 연구와 보고도 가장 많이 이루어졌다. 제조, 보관, 사용 과정에서 발생하는 TNT 잔류물은 대기, 생물권, 물, 토양을 오염시킬 수 있다.[36]

오염된 토양의 TNT 농도는 토양 1kg당 최대 50g까지 달할 수 있으며, 주로 표면이나 표면 근처에서 높은 농도가 발견된다. 2001년 9월, 미국 환경 보호국(USEPA)은 TNT를 제거해야 하는 오염 물질로 지정했다.[37] USEPA는 토양 내 TNT 농도가 토양 1kg당 17.2mg, 물 1L당 0.01mg을 초과해서는 안 된다고 권고한다.[38]

9. 1. 토양 및 수질 오염

TNT는 건설 및 해체 작업에 적합하여 가장 널리 사용되는 폭발물이 되었으며, 이에 따라 독성에 대한 연구와 보고도 가장 많이 이루어졌다. 제조, 보관 및 사용 과정에서 발생하는 TNT 잔류물은 대기, 생물권뿐만 아니라 물과 토양을 오염시킬 수 있다.[36]

오염된 토양의 TNT 농도는 토양 1kg당 50g에 달할 수 있으며, 표면 또는 표면 근처에서 가장 높은 농도가 발견된다. 2001년 9월, 미국 환경 보호국(USEPA)은 TNT를 제거해야 하는 오염 물질로 선언했다.[37] USEPA는 토양 내 TNT 농도가 토양 1kg당 17.2mg, 물 1L당 0.01mg을 초과해서는 안 된다고 주장한다.[38]

9. 2. 수용성 및 흡착

용해는 물과 접촉한 고체 TNT가 용해되는 속도를 측정한 것이다. TNT의 비교적 낮은 수용해도는 고체 입자가 장기간에 걸쳐 지속적으로 환경에 방출되게 한다.[39] 연구에 따르면 TNT는 담수보다 염수에서 더 느리게 용해된다. 그러나 염도가 변경되면 TNT는 동일한 속도로 용해된다.[40] TNT는 물에 어느 정도 용해되기 때문에 지하 토양을 통해 이동하여 지하수 오염을 일으킬 수 있다.[41]

흡착은 평형에 도달한 후 용해성 오염 물질과 퇴적물에 흡착된 오염 물질 사이의 분포를 측정하는 것이다. TNT와 그 변환 생성물은 표면 토양과 퇴적물에 흡착되는 것으로 알려져 있으며, 여기서 반응성 변환을 겪거나 저장된 상태로 남아 있다.[42] 유기 오염 물질이 토양을 통해 이동하는 것은 이동상(물)과 고정상(토양)과 결합하는 능력에 따라 달라진다. 토양과 강하게 결합하는 물질은 토양을 통해 천천히 이동한다. TNT의 토양과의 결합 상수는 2.7~11 L/kg이다.[43] 이는 TNT가 토양에 투입될 때 그렇지 않은 경우보다 토양 입자에 부착되는 경향이 1~10배 더 높다는 것을 의미한다.[2] 수소 결합과 이온 교환은 니트로 작용기와 토양 콜로이드 사이의 흡착에 대한 두 가지 제안된 메커니즘이다.

TNT에 있는 작용기의 수는 토양으로 흡착되는 능력에 영향을 미친다. 흡착 계수 값은 아미노기의 수가 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 TNT 분해 생성물인 2,4-다이아미노-6-나이트로톨루엔(2,4-DANT)의 흡착은 4-아미노-2,6-다이나이트로톨루엔(4-ADNT)보다 더 컸고, 이는 TNT보다 더 컸다.[2] 2,4-DNT에 비해 2,6-DNT의 흡착 계수가 낮은 것은 입체 효과로 인해 방향족 치환 패턴에서 NO2 그룹이 오쏘(ortho) 위치에 있기 때문이다.

연구에 따르면 Ca2+가 풍부한 담수 환경에서는 TNT와 그 변환 생성물의 토양 및 퇴적물 흡착이 K+와 Na+가 우세한 염수 환경에서 관찰된 것보다 낮을 수 있다. 따라서 TNT의 흡착을 고려할 때 토양 또는 퇴적물의 유형과 지하수의 이온 조성 및 강도가 중요한 요소이다.[44]

TNT와 그 분해 생성물과 점토의 결합 상수가 결정되었다. 점토 광물은 고에너지 화합물의 흡착에 상당한 영향을 미친다. 유기 탄소 함량 및 양이온 교환 능력과 같은 토양 특성은 흡착 계수에 상당한 영향을 미친다.

추가 연구에 따르면 TNT 분해 생성물의 이동성은 "점토 광물에 대한 특정 흡착이 흡착 과정을 지배하는 지하 환경에서 TNT보다 낮을 가능성이 높다."[2] 따라서 TNT와 그 변환 생성물의 이동성은 흡착제의 특성에 따라 달라진다.[2] 지하수와 토양에서 TNT의 이동성은 "부식산, 대수층 퇴적물 및 토양"으로 결정된 "흡착 및 탈착 등온 과정 모델"에서 외삽되었다.[2] 이러한 모델에서 TNT는 낮은 보유력을 가지며 환경에서 쉽게 운송될 것으로 예측된다.[2]

다른 폭발물과 비교하여 TNT는 토양과의 결합 상수가 더 높으므로 물보다 토양에 더 많이 부착된다. 반대로, 낮은 결합 상수를 가진 RDX와 HMX와 같은 다른 폭발물(각각 0.06~7.3 L/kg 및 0~1.6 L/kg 범위)은 물에서 더 빠르게 이동할 수 있다.[2]

9. 3. 화학적 분해

TNT는 반응성이 높은 분자이며 퇴적물의 환원 성분과 반응하거나 햇빛이 있는 환경에서 광분해되기 쉽다. TNT는 다양한 환경 시스템의 광범위한 성분과 반응할 수 있는 열역학적 및 운동학적 능력을 가지고 있다. 여기에는 전적으로 비생물적 반응물(예: 황화 수소, Fe2+) 또는 미생물 군집(호기성 및 혐기성 모두)과 광화학적 분해가 포함된다.[1]

높은 점토 함량 또는 작은 입자 크기 및 높은 총 유기 탄소 함량을 가진 토양은 TNT 변환을 촉진하는 것으로 나타났다. 가능한 TNT 변환에는 하나, 둘 또는 세 개의 니트로 부분을 아민으로 환원 반응시키고 아미노 변환 생성물을 결합하여 이합체를 형성하는 것이 포함된다. 두 개의 모노아미노 변환 생성물인 2-ADNT 및 4-ADNT의 형성이 에너지적으로 유리하므로 오염된 토양과 지하수에서 관찰된다. 디아미노 생성물은 에너지적으로 덜 유리하며, 트리아미노 생성물은 더욱 덜 생성될 가능성이 있다.[1]

TNT의 변환은 혐기성 조건뿐만 아니라 고도로 환원적인 조건에서도 상당히 향상된다. 토양에서 TNT의 변환은 생물학적 및 비생물적으로 모두 발생할 수 있다.[1]

광분해는 고에너지 화합물의 변환에 영향을 미치는 주요 과정이다. 광분해에서 분자의 변화는 빛 에너지를 직접 흡수하거나 감광성 화합물로부터 에너지를 전달하여 발생한다. TNT의 광변환은 "메틸기의 산화, 니트로기의 환원 및 이합체 형성을 통해 니트로벤젠, 벤즈알데히드, 아조디카르복실산 및 니트로페놀의 형성을 초래한다."[1]

햇빛에 노출되었을 때 TNT 함유 폐수의 색상이 분홍색으로 변하는 것으로 보아 TNT의 광분해 증거가 나타났다. 광분해는 증류수보다 강물에서 더 빠르게 진행된다. 궁극적으로 광분해는 주로 수생 환경에서 TNT의 운명에 영향을 미치지만, 토양 표면이 햇빛에 노출될 때 토양에서 TNT의 운명에도 영향을 미칠 수 있다.[1]

9. 4. 생분해

균류의 리그닌 분해 생리 단계와 망간 과산화 효소 시스템은 액체 배양에서는 TNT를 매우 제한적으로 광물화할 수 있지만, 토양에서는 그렇지 않다.[45] 토양에서 대량의 TNT를 정화할 수 있는 유기체는 아직 발견되지 않았다.[45] 야생 식물과 형질전환 식물 모두 토양과 물에서 폭발물을 식물 정화할 수 있다.[46]

10. 법규 (한국)

대한민국 소방법에서 제5류 위험물(자기 반응성 물질)인 니트로 화합물에 속한다.

대한민국 화약류 단속법 제2조에 의해 "화약류"로 지정되어 제조 및 소지에는 법률에 의한 제한을 받는다. 다만, 제4조에서 정하는 바와 같이 이화학상의 실험 목적으로 경제산업성령으로 정하는 수량 이하의 것을 제조하는 경우에는 예외이므로, 이화학 실험의 목적으로 극소량을 제조하는 것은 가능하다.

11. 기타 주요 폭약


  • 니트로글리세린
  • 니트로벤젠
  • 니트로셀룰로스
  • 2,4,6-트리니트로페놀(피크르산)
  • 트리메틸렌트리니트라민(RDX, 헥소겐)
  • 사이클로테트라메틸렌테트라니트라민(HMX, 옥토겐)
  • 헥사니트로헥사아자이소우르치탄(HNIW)
  • 옥타니트로큐반

참조

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