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[转载]揭秘爆炸灵魂——氮元素。是魔是神?

已有 668 次阅读 2020-8-7 09:33 |个人分类:催化资源收藏|系统分类:科研笔记|文章来源:转载

135人丧生,5000人受伤,30万人流离失所,损失150亿美元,爆炸现场如核弹,黎巴嫩首都进入紧急状态。

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而造成这一切后果的是2700吨硝酸铵。被当做化肥的硝酸铵,为何会爆炸了?

其实,这一切的罪魁祸首都是具有特殊化学性质的氮元素。

氮元素的爆炸

硝酸铵的化学成分是NH4NO3,它是由NO3-(硝酸根)NH4+(铵)在一起组成的化学盐类物质,所以得名硝酸铵。

可以看出,其含有很多N(氮)元素,而氮元素是农作物生长中特别需要的元素。硝酸铵也就常常被用作化肥。一般来说,叫硝酸X的物质都有氮元素。

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正常情况下,它是一种无色无臭的透明晶体,易溶于水。可也正是因为这个氮元素,让它一念成魔,成为了炸药。

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我们的每一次呼吸,每一次说话,都会接触到这个氮元素。因为氮气是空气中最多的成分。氮元素更是构成我们人体的蛋白质的重要元素。

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可以说,没有氮元素,就没有生命,没有我们人类

然而,氮元素的价态从-3到+5,其电负性是3.06。价态变化大,电负性又不大,这就意味着氮元素无论是什么状态,都不是很稳定。

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不稳定就容易发生化学反应,一发生化学反应,又容易放出大量热量,还能生成含N气体,当瞬间传递出去,就会boom,爆炸!

我们再来看硝酸铵,这是一个完美的炸药结构。同时存在正价(硝酸根的氮)和负价的氮(铵离子的氮)

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一旦发生化学反应,释放大量的热,分解产物有气体,局部压力增高,向外释放,就爆炸了。从1947年美国德克萨斯城的货轮,到21世纪的图卢兹化肥厂爆炸,再到2015年我国的天津港爆炸,都有硝酸铵的身影!


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1947年美国德克萨斯城的货轮硝酸铵爆炸

但在硝基(氮+氧)化合物炸药家族中,硝酸铵还算不上什么。

TNT,学名三硝基甲苯,分子式C6H2CH3(NO2)3,含有3个氮。

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C4炸药,学名环三次甲基三硝铵,分子式C3H6N6O6,含有6个氮,比TNT猛烈1.5倍。


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含氮元素越高,这个炸药威力就越大。

氮也是能源

氮元素只是一种化学元素,它是无罪的,关键在于怎么用好它的爆炸特性。用好了,炸药就是能源!还能救你的命!

北斗要上天,天问一号要上天,需要火箭的强大推力。推力从哪里来,从氮来

传统运载火箭燃料的黄金搭档,四氧化二氮+偏二甲。四氧化二氮作为氧化剂,偏二甲肼作为还原剂。和炸药爆炸一样,当发生剧烈的氧化还原反应时,就会释放大量的热和气体,让火箭飞起来。

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硝酸甘油,诺贝尔靠着它发明了炸药,成为百万富翁,设立诺贝尔奖。

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硝酸甘油

而硝酸甘油会释放一氧化氮(NO),扩张血管,促进血液循环,是治疗心绞痛和冠心病患者的救命药。


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你的车里还藏着由氮组成的炸药。为了能让安全气囊迅速弹出膨胀,唯一方法就是爆炸。里面的炸药是叠氮化钠(NaN3)

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世界上还有一批科学家在研究更猛烈的炸药,基本思路就是让N元素越多越好。也就是科幻小说里威力堪比核武器,但又没有核污染的”N2炸弹”

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2017年,南京理工大学胡炳成教授团队成功合成世界首个全氮阴离子盐(N5-),是一种超高能量的材料。高密度、高能量、爆轰产物清洁无污染(爆炸产物为氮气)、稳定安全,同比释放能量是TNT的3倍。

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有了它,火药故乡”的中国,将在高能炸药领域走上世界巅峰。我们会拥有更大威力的炸弹,保卫国防。我们会有更大推力的火箭,走向宇宙。

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总结

硝酸铵是一种能够爆炸的物质,其根本原因在于其特殊的化学成分,含有硝酸根和铵。氮是一种许多炸药中的必有元素,含量越高,威力越大,当之无愧的爆炸元素。但合理利用,氮元素可以当做能源,还可以救命。

我是@山中岩,在读博士,传递有深度的科学知识,欢迎关注。




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1 钟家伟

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