季戊四醇四硝酸酯

Template:Chembox 季戊四醇四硝酸酯（代号PETNTemplate:NoteTag），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Template:Sfn。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Template:Sfn。

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Template:Link-en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Template:Sfn。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Template:Link-en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Template:Sfn。

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Template:SfnTemplate:Sfn。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。

晶型	晶系	晶胞参数	Z	空间群
I型	四方晶系	a=b=0.938nm c=0.671nm	2	PTemplate:Overline21c
II型	斜方晶系	a=1.329nm b=1.349nm c=0.683nm	4	Pcnb
III型	斜方晶系	a=0.8520nm b=0.8824nm c=0.6617nm	2	P21212
参考文献：

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Template:Sfn。

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Template:Sfn。

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Template:Sfn，与除三氧化钼外的其他金属氧化物接触也无明显变化Template:NoteTag，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：Template:Sfn

$\mathrm{P}\mathrm{E}\mathrm{T}\mathrm{N}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{\to }\mathrm{C}\mathrm{(}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{(}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{H}\mathrm{)}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

$\mathrm{P}\mathrm{E}\mathrm{T}\mathrm{N}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{\to }\mathrm{C}\mathrm{(}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

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Template:Sfn。

制备工艺

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：Template:Sfn

$\mathrm{C}\mathrm{(}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\to }\mathrm{P}\mathrm{E}\mathrm{T}\mathrm{N}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

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Template:NoteTag，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Template:Link-en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：Template:Sfn

$\mathrm{P}\mathrm{E}\mathrm{T}\mathrm{N}\mathrm{\to }\mathrm{3}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{\uparrow }\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\uparrow }$

其氧平衡为-10.1%，属负氧平衡炸药Template:SfnTemplate:NoteTag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/sTemplate:Sfn。

太安机械感度较高，一般状态下其撞击感度约为3JTemplate:NoteTag，摩擦感度约为60NTemplate:NoteTagTemplate:Sfn。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

Template:Medical 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。

参考书籍

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