季戊四醇四硝酸酯

季戊四醇四硝酸酯（代号PETN），也称戊四硝酯、太安、太恩、膨梯尔，是军事和民用领域较常使用的炸药之一，具有热安定性好、威力大的特性，常作为低爆速、低密度炸药敏化剂和直径较小传爆器件的装药使用。季戊四醇四硝酸酯是典型的硝酸酯类炸药，但因其具有对称性较好的分子结构，它的热安定性明显优于硝酸甘油与其他硝酸酯类物质。 为便于叙述，下文统一称季戊四醇四硝酸酯为太安。 1891年，德国哥廷根大学的伯恩哈德·托伦斯（英语：Bernhard Tollens）和皮特·韦根首次制备出季戊四醇，3年后，一家位于特罗斯多夫的工厂基于该物质成功研制出太安，此后的数十年间，太安都未得到大规模应用。第一次世界大战结束后，甲醛和乙醛制备成本下降，季戊四醇和太安才得以大规模生产使用。第二次世界大战期间，将TNT和太安按一比一配比混合而成的喷特利特（英语：Pentolite）炸药广泛用于装填反坦克火箭弹、手榴弹、雷管等产品。二战后，随着黑索金的问世，具有更优良性能的B炸药逐渐在各领域取代了喷特利特，该混合炸药现已基本不再用于军事用途。 纯的太安为粉末状白色结晶，某些情况下可能呈现浅灰色，熔点约为141°C，工业级产品熔点约为138至140°C。太安具有3种晶型：α型或I型属四方晶系，为常用的稳定晶型；β型或II型属斜方晶系，使用较少；130°C时，α型会转变为β型。此外，少数文献还记录到高压环境下属斜方晶系的III型晶型，但缺乏对该发现的进一步研究和佐证。 太安热安定性能优良，在75°C及以下环境中几乎不发生分解且不会爆炸，当环境温度高于熔点时，太安热分解加快并放出氮氧化物，至约175°C时晶体冒出黄烟，当温度超过205°C后，太安会在某一时刻爆炸。 太安几乎不会吸湿和挥发，在水中的溶解度也极低，此外，它在乙醇、乙醚、苯等物质中溶解度也较低，但在丙酮、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺中溶解度较高。太安还可溶解于芳香族硝基化合物和硝酸酯的溶液或熔融物中，进而生成熔点较低的共熔物。 太安具有良好的化学安定性，与铜、黄铜、铝、镁、镁铝合金等常用金属材料均不会发生明显反应，与除三氧化钼外的其他金属氧化物接触也无明显变化，但其在酸、碱条件下会迅速发生转化，此处以稀硫酸与氢氧化钠溶液为例： P E T N + 2 H 2 S O 4 → C ( C H 2 O N O 2 ) 2 ( C H 2 O S O 3 H ) + 2 H N O 3 {\displaystyle {\rm {PETN+2H_{2}SO_{4}\rightarrow C(CH_{2}ONO_{2})_{2}(CH_{2}OSO_{3}H)+2HNO_{3}}}} P E T N + 4 N a O H → C ( C H 2 O H ) 4 + 4 N a N O 3 {\displaystyle {\rm {PETN+4NaOH\rightarrow C(CH_{2}OH)_{4}+4NaNO_{3}}}} 此外，太安与TNT或其他物质混合时会在低温下分解，强烈的紫外光照射也会对其晶体造成类似影响。 太安的制备工艺简单，仅需使用浓硝酸直接硝化季戊四醇即可制得产品，其主要反应方程式为： C ( C H 2 O H ) 4 + 4 H N O 3 → P E T N + 4 H 2 O {\displaystyle {\rm {C(CH_{2}OH)_{4}+4HNO_{3}\rightarrow PETN+4H_{2}O}}} 太安撞击感度随着粒度减小而逐渐降低，摩擦感度则随着粒度减小而先降低后上升，拐点出现在粒径为1至10微米处。太安经超细化处理后，其安全性能和颗粒均匀度均会有所提升，常用方法包括重结晶法和机械粉碎法。两种方法均不会改变晶型，前者可以大幅降低摩擦感度但会导致撞击感度上升，后者则可以同时降低其摩擦感度和撞击感度，但降幅不如前者明显。然而与此同时，太安超细化处理也会导致其活化能降低，爆炸临界温度和热稳定性明显下降。 太安对水生生物具有一定危害，生产过程中含有太安的废水可通过装有颗粒铁的净化柱去除，期间太安的硝基逐渐脱去形成亚硝酸盐，随后其又被铁还原为铵，最终太安可几乎完全转化为季戊四醇和铵，此外，土壤中的某些反硝化细菌（英语：denitrifying bacteria）也可完成相似转化过程以去除太安。 太安爆炸的理论方程式为： P E T N → 3 C O 2 ↑ + 2 C O ↑ + 2 N 2 ↑ + 4 H 2 O ↑ {\displaystyle {\rm {PETN\rightarrow 3CO_{2}\uparrow +2CO\uparrow +2N_{2}\uparrow +4H_{2}O\uparrow }}} 其氧平衡为-10.1%，属负氧平衡炸药太安爆热6.3MJ/kg，爆容758L/kg，单晶状态下爆温4200K，在1.76g/cm3的压药密度下爆压可达34GPa。其爆速与压药密度正相关：1.45g/cm3时为7300m/s，1.67g/cm3时为8000m/s，1.7g/cm3时为8300m/s，1.74g/cm3时则可达到8500m/s。 太安机械感度较高，一般状态下其撞击感度约为3J，摩擦感度约为60N。此外，太安的电火花起爆能量约为数毫焦耳至数十毫焦耳，激光起爆辐射通量阈值则与其密度、环境温度、激光参数等相关，数值变化较大。 太安的硝酸酯基在生物体内会被分解为羟基和氮氧化物，其中的一氧化氮会在一定程度上松弛血管，因此，太安具有血管扩张剂的功效。相较于硝酸甘油、单硝酸异山梨酯、硝酸异山梨酯等其他硝酸酯类血管扩张剂，太安除基本功能外还具有减少血管氧化应激的能力，有助于体内相关还原酶保持活性以提高药物利用率。但实际用药时，由于酶活性差异，太安实际给药量约为硝酸甘油的80倍。此外，根据部分前瞻性研究，太安还可以在子宫胎盘灌注存在缺陷的妊娠中期显著改善该病症。 该代号为季戊四醇四硝酸酯英语（Pentaerythrite tetranitrate）的缩写。 相关实验材料包括二氧化锰、氧化铜、三氧化钨、三氧化二铋、二氧化锡和三氧化二铁。 粒径约为1至20微米。 即炸药分子中氧元素无法完全氧化其他元素，在太安中表现为碳未被全部氧化为二氧化碳，有部分生成一氧化碳。 即在最少3J能量撞击下，太安即会爆炸，该数据会因仪器和测量方式差异有所偏差。 即在最少60N摩擦力作用下，太安即会爆炸，该数据会因仪器和测量方式差异有所偏差。 Meyer, Köhler & Homburg 2015，第251-253頁. 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