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。

历史
1891年,德国哥廷根大学的和皮特·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。

物理性质
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。

化学性质及反应
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{{NoteTag|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。太安经超细化处理后{{NoteTag|粒径约为1至20微米。

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,土壤中的某些也可完成相似转化过程以去除太安。

爆炸性能
太安爆炸的理论方程式为:
:\rm PETN \rightarrow 3CO_2 \uparrow + 2CO \uparrow + 2N_2 \uparrow + 4H_2O \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。

医疗用途
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。

注释
参考文献
参考书籍
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