TRINITROLUENO

Javier Hipólito Marsal

Grado en Ingeniería Química. Universidad de Alicante.

1. Introducción

El TNT, conocido por el nombre comercial “trilita” en España, es un explosivo químico, fue descubierto

el año 1863 por el químico alemán Joseph Wilbrand. Hasta entonces el mejor explosivo conocido era el

2,4,6 trinitrophenol,ácido pícrico, que a diferencia del TNT corroe los metales, por lo que dificulta su

almacenamiento y es muy inestable al contacto.

El TNT no es tan fuerte como el ácido pícrico pero puede ser almacenado de forma segura fundido en los

tanques.

Históricamente Alemania apostó por el TNT mientras que Reino Unido continuó con el ácido pícrico. Fue

una mala elección ya que el TNT que tardaba más en explotar lo hacía en el interior de las corazas de los

barcos y no en el armazón exterior como el ácido pícrico.

El TNT usualmente se ha presentado en mezclas, como el amatol, 80 % nitrato de amonio y 20 % de

TNT.

Un explosivo químico es un compuesto o mezcla que ante la aplicación de calor o por impacto, se

descompone o reorganiza su estructura con una velocidad muy elevada liberando mucho gas y calor.

El trinitrotolueno es el explosivo de referencia y los parámetros técnicos de otros explosivos se comparan

con los del TNT. EL TNT no contiene suficiente oxígeno como para oxidar todo el carbón e hidrógeno de

la molécula, nube negra, el amatol sí y por lo tanto presenta una nube blanca.

Las explosiones se estudian desde el punto de vista de la termoquímica. Consisten en una serie de

reacciones, fuertemente exotérmicas.

Factores que se analizan en una explosión. Balance de oxígeno, calor de reacción, volumen de los

productos de explosión, potencial explosivo.

2. Propiedades

2.1 Propiedades físicas

El TNT es una sustancia cristalina de color amarillo, tóxica e inolora. Se puede encontrar en

forma A y B. La forma A es la pura, TNT refinado, y la B la del TNT crudo. Cuantas más impurezas

tenga la mezcla el color será más oscuro. Si las impurezas son de mono y dinitrotolueno estos empezarán

a separarse formando el “exudado” el cual es inestable y peligroso. El exudado también incluye otras

impurezas como hidrocarburos y alcoholes.

2.2 Propiedades químicas

El trinitrotolueno es insoluble en agua y soluble en disolventes orgánicos.

Los compuestos orgánicos nitrogenados son usados como explosivos por diversas razones. Los

hidrocarburos de los que procede coexisten con otros de interés comercial, como los combustibles. Al

explotar se forman compuestos con fuertes enlaces nitrógeno – nitrógeno liberando gran cantidad de

energía.

Al contener oxígeno en la propia molécula se produce la auto-oxidación, además la poca distancia entre

oxígenos, carbono e hidrógenos contribuye a aumentar la velocidad de reacción.

El grupo metilo confiere estabilidad al explosivo, comparando con el trinitrobenceno que es un explosivo

inestable y por lo tanto deben tomarse más precauciones que con el TNT.

Figura 1. Molécula de TNT

3. Métodos de fabricación

Obtención de precursores.

El tolueno es un derivado del petróleo, se puede obtener por reformado catalítico, de la separación de

alquitranes, o bien como subproducto de la obtención de otro compuesto del petróleo como etileno,

propileno o poliestireno.

El ácido sulfúrico se obtiene mezclando óxido de azufre con oxígeno y el resultado se mezcla con agua. O

bien reaccionando directamente óxido nitroso con dióxido de azufre y agua.

El ácido sulfúrico fumante, óleum, se puede obtener concentrando el ácido sulfúrico con el uso de un

absorbedor.

El ácido nítrico se obtiene en el proceso Ostwald, el amoniaco que previamente se ha obtenido en el

proceso Haber se oxida con oxígeno atmosférico para dar monóxido de nitrógeno, otra oxidación da el

dióxido de nitrógeno y por último se absorben los óxidos de nitrógeno con agua para dar ácido nítrico.

Globalmente para la obtención del TNT se divide en cuatro pasos.

1) Nitración

2) Separación y estabilización

3) Purificación

4) Cristalización secado y empaquetado

Y como es un proceso necesario medioambientalmente cabe añadir un quinto paso

5) Depuración del agua roja

Pudiéndose producir en continuo o en discontinuo, la nitración se realiza en tres pasos. Primero

de todo se nitra el tolueno en una mezcla con ácido sulfúrico y ácido nítrico produciendo MNT o

mononitrotolueno. El MNT es separado y se vuelve a nitrar dando DNT una ulterior separación y

nitración da el TNT, en una mezcla anhídrida con ácido sulfúrico fumante y ácido nítrico. El ácido nítrico

es consumido durante el proceso, sin embargo, el ácido sulfúrico que actúa como catalizador puede ser

reutilizado.

Figura 2. Esquema de nitración del benceno

1) La nitración es un caso particular de sustitución electrófila aromática, consiste en la introducción

de un grupo nitro (NO2) en un compuesto orgánico. El nitrógeno queda fuertemente unido a un

átomo diferente al oxígeno, usualmente el carbón, esta característica le diferencia de la

formación de nitratos. La nitración es fundamental en la obtención de compuestos aromáticos

nitrogenados, explosivos, como el TNT. Se dispondrá de reactores en serie de tipo CSTR o

RDTA (continuo o discontinuo) con inserción de mezcla sulfonítrica en cada etapa.

El proceso de nitración típico requiere de una mezcla concentrada de ácido nítrico y ácido sulfúrico, en

esta mezcla previa se produce el ión nitronio (NO2+). El ácido sulfúrico actúa como catalizador y

absorbente de agua. Ante la presencia de ácido sulfúrico el oxígeno capta un protón, en consecuencia el

grupo nitro , N02 ,rompe su enlace cediendo el par de electrones y estabilizando la carga. Quedando el

ión N02 + libre. Este ión altamente reactivo ante compuestos con dobles enlaces como los anillos

aromáticos.

Figura 3. Formación del ión NO2+

2) Para separar el TNT de los ácidos restantes se introduce en un cristalizado con filtros, al

sobresaturar por enfriamiento se producirá la cristalización y separación. Una vez obtenido el

TNT es muy importante estabilizarlo. Así que el agua de lavado es una disolución de sulfito de

sodio para eliminar aquellos isómeros menos estables del TNT así como cualquier otro

subproducto.

3) En un agitador se introduce alcohol para disolver de nuevo, se quitaran las impurezas que hayan

quedado al solidificar filtrando de nuevo.

4) Una vez cristalizado el TNT puro es deseable retirar el agua que haya absorbido, en un

centrifugador se separan componentes sólidos por gravedad y en el secador se le extrae el agua.

La forma puede ser de granos, o escamada “de copos” para inserción fácil en proyectiles, de ser

así se pasa a un rodillo de conformado en el que el TNT aún en estado líquido solidifica en las

paredes y posteriormente es escamado por cuchillas.

Además se deben controlar la presencia de óxidos de nitrógeno en la alimentación de ácido nítrico, de

existir estos oxidan los grupos metilo del tolueno en una reacción claramente exotérmico con posible

“runaway” y explosión.

Figura 4. Esquema de operaciones implicadas en la producción del TNT

4. Aspectos de seguridad

4.1 Toxicidad

El TNT es un compuesto muy tóxico provocando graves daños hepáticos y anemia, además es un

carcinógeno. Sólo en Estados Unidos se dieron 17.000 casos de envenenamiento durante la primera

guerra mundial.

Exposiciones de unos 0,5 mg/m^3 destruyen las células rojas de la sangre, disminuyendo la cantidad de

hemoglobina y hematocitos.

El compuesto se absorbe rápidamente a través de la piel, lo cual agrava su toxicidad y lo relaciona

directamente con problemas cutáneos: dermatitis, eritemas, papulas, eczemas. La exposición prolongada

produce cataratas.

Además cabe destacar que los precursores, tolueno y ácidos nítrico, sulfúrico y fumante también

presentan toxicidad.

Por todo lo expuesto de trabajar con el compuesto es necesario implementar equipos de protección

individual, como mascarillas filtrantes, guantes y gafas impermeables, protección de la cabeza o mono

que cubra el cuerpo y prioritariamente equipos de protección colectiva, como sistemas de ventilación.

4.2 Manipulación, almacenamiento y transporte

Gracias a que el proceso de sulfitación confiere estabilidad al TNT este puede ser almacenado y

transportado sin especiales procedimientos. Siempre habrá que llevar cuidado en que no se alcancen

elevadas temperaturas que producirían la detonación, a unos 80º C. Es recomendable guardarlo a

temperatura constante.

Usado principalmente en fines militares, este se embarca en destino de bases militares de alrededor del

mundo. Camiones, trenes y aviones son otras alternativas de transporte usadas.

4.3 Seguridad e higiene

El especialista en seguridad en explosivos es un perfil que resulta apropiado dado la problemática especial

que conlleva el tratamiento de explosivos.

Protección ante explosiones. Se tiene la evitación y la protección estructural. La evitación consiste en

hacer imposible la explosión o deflagración. Se puede eliminar el calor o la presión que la reacción

necesita, usando mallas de aluminio que frenan la combustión en contacto con la red, esta malla se crea

por perforación de aluminios, con aberturas hexagonales y de gran superficie el calor que absorbe en una

reacción es recibido en la superficie y lo distribuye por toda la masa del líquido o gas retardando la

explosión. Además la energía cinética de los gases disminuye al interponerse la red con los gases.

Además al ser brillante refleja las radiaciones. Con la inserción de gas inerte como C02 y N2, eliminando

las fuentes de ignición o manteniendo el producto fuera de los límites de inflamabilidad, explosividad.

En cuanto a la protección estructural se usan materiales que protegen elementos, como puertas, de

explosiones con materiales como el CMC.

Formación de agua roja como resultado de la sulfitación a la que el TNT se somete, esta es un grave

contaminante y residuo en la producción del explosivo.

Control de los óxidos de nitrógeno porque estos oxidan los grupos metilo del tolueno

Se almacena en depósitos especialmente preparados de acero o acero inoxidable. Para estudiar las

explosiones que se producen y realizar análisis forenses se utilizan cámaras de detonación, además

existen mesas de prueba especialmente blindadas.

El mayor peligro que presenta el TNT es el de explosión por acumulación de exudados, que son solubles

en acetona y alcoholes y por lo tanto con una adecuada ventilación estos compuestos, o bien agua muy

caliente, deben ser usados para eliminar el exudado. Jamás debe mezclarse con sales ya que disminuyen

el punto de explosión.

5. Aplicaciones y especificaciones del producto

Para detonar el TNT este debe estar confinado en un depósito a elevada presión y/o temperatura, 500 º C.

Un detonador es el medido propicio para realizar la detonación de forma segura. El TNT se descompone

en compuestos más básicos como el nitrógeno, el hidrogeno, agua, monóxido de carbono y agua.

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

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

Desde los años 90 el TNT no se ha utilizado para fines industriales debido a la toxicidad de los productos

de explosión. Antiguamente antes de conocerse sus efectos adversos era usado como antifunguicida.

Primeramente usado como explosivo militar, sigue siendo ampliamente usado con fines militares: minas

antipersona, bombas, granadas. También tiene un uso industrial como la generación de pozos profundos,

empleo en minas, demoliciones y fracturación hidráulica “fracking”.

El compuesto es un intermedio en la manufactura de colorantes y químicos fotográficos.

6. Aspectos económicos y comerciales

La producción está controlada por los estados. Muchas empresas son privadas y los estados las contratan.

En 1985 se estima que 9,2 millones de libras en TNT fueron importadas de EEUU. Actualmente no

existen datos.

En el ámbito militar Radford Army Ammunition Plant era la manufacturadora única en suministro de

TNT en Estados Unidos con una producción de 50 toneladas/día situada en un lugar estratégico a pocas

millas del pentágono y cerca de su principal proveedor Dominion Chemical Co. Operada por BAE

Systems plc una multinacional británica dedicada a la defensa, seguridad e industria aeroespacial y

segunda empresa mundial del sector. La planta de TNT cerró en 1986 por un accidente.

En el ámbito civil/minería existían más empresas manufactureras de TNT.

El TNT sigue siendo una referencia en la producción de explosivos por su bajo coste, la seguridad en su

manejo, su potencia explosiva, su estabilidad, posibilidad de fundido y su compatibilidad con otros

explosivos, no obstante, EEUU dejó de producirlo en los años 80 por su riesgo higiénico, vertidos tóxicos

en el medio ambiente. Actualmente se considera uno de los mayores contaminantes que existe en la

industria activa o no en las instalaciones militares de EEUU.

En Europa existen empresas que ofrecen en su catálogo los equipos y el compuesto químico TNT.

En internet es posible localizar algunas como Josef Meissner, Alemania, Prvaiskra, Serbia, Army-

technology, polaca y konstrukta, eslovaca.

Según “Chemical Information Services” en el año 1994 era producido por dos compañías japonesas y una

compañía en Argentina, Brazil, Canada, China, Egipto, Finlandia, Portugal, Taiwan, Turquía y Reino

Unido.

7. Explosividad.

El campo de la ingeniería de explosiones las estudia y modela. La condición de Chapman-Jourguet es

piedra angular y ampliamente usada en minería. El TNT desprende 14,5 MJ/Kg y tiene una explosividad

intermedia, es su estabilidad la característica que ha impulsado el uso del TNT a lo largo de la historia

8. Bibliografía e infografía.

http://www.atsdr.cdc.gov/ (Agencia Higiene, info económica TNT entre otros)

http://sputniknews.com/infographics/20130813/182605201/Potential-Damage-From-a-1kg-TNT-

Explosion.html (Sputnik - Agencia rusa de noticias)

http://www.rsc.org/chemistryworld/podcast/CIIEcompounds/transcripts/TNT.asp (TNT segun Royal

Society)

http://www.europapress.es/murcia/noticia-explosion-camion-accidentado-lorca-podia-evitar-cisterna-

rellena-malla-experto-20111025180222.html (mallas aluminio)

http://www.konstrukta.sk/en/portfolio-aktivit/divizia-exploziva/zariadenia-spracovanie-explozivnych-

materialov.html (Empresa eslovaca)

http://www.josefmeissner.com/en/processes-products/explosives (Empresa alemana)

http://www.prvaiskra-namenska.com/technology/tnt-dnt-plant.html (Empresa serbia)

http://www.bvsde.paho.org/bvstox/e/fulltext/tesis/tesis.pdf (tesis Luis Francisco Fernández.)

http://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol65/mono65-14.pdf (Monográfico TNT)

http://www.globalsecurity.org/military/systems/munitions/explosives-nitroaromatics.htm (info TNT)

http://www.designlife-cycle.com/tnt/ (Info histórica)

http://www.army-technology.com/contractors/explosives/nitro-chem/ (Empresa polaca explosivos)

http://zaguan.unizar.es/record/6340/files/TAZ-PFC-2011-504.pdf (Proyecto fin de carrera TNT - Jesús

Giménez Cebrián – Universidad Zaragoza)