트라이나이트로톨루엔
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1. 개요
위력계수 측정의 기준이 되는[1], 대중적으로 잘 알려진 폭발물이다.
2. 역사
1863년 독일 화학자 빌리브란트 (J. Willbrand)가 염색약을 만들다가 만들어내었다. 이후 여러 화학자가 개선시켜 오늘날 폭탄에 사용하는 방식의 TNT가 완성되었다.
3. 제조
톨루엔을 황산+질산 혼합물로 니트로화시킨 것을 벤젠이나 에터 등을 이용해 정제시켜 만드는 방법이 가장 대표적이다.[2] 혼산이 아닌 다른 물질로 니트로화해 제조하기도 하지만, 혼산 사용에 비해 널리 쓰이는 방법은 아니다.[3]
폭발할 때뿐만 아니라 제조 과정에서 이산화 질소와 황화수소 등 각종 유해한 기체가 발생하며, 제조 과정에서 혼산을 사용했을 경우 대량의 산성 폐수도 처리해야 한다.
일단 만들어진 TNT는 둔감한 편이지만, 제조 과정이 매우 위험하다. 일반인은 원료를 구하기도 어렵겠지만, 학교나 실험실 등 필요한 시약에 접근할 수 있더라도 제조를 시도하는 일은 절대 없도록 하자. 유기화학 등에서 TNT의 제법에 대해 배우기도 하지만, 이는 어디까지나 톨루엔의 친전자성(electrophilic) 반응을 이해하기 위한 예시에 불과하다. TNT를 안전하게 생산할 수 있는 공정은 단순한 실험환경에서 갖출 수 없기 때문에 '''절대로 시도해서는 안 된다.''' TNT 제조를 시도할 정도의 화학 지식이 있다면 NO2 같은 걸 갖다 붙이는 시점에서부터 위험하다는 것을 알 수 있을 것이다.
4. 폭발물
아무나 만질 수 있는 폭약이 아니고, 숙련된 기술자/특전사들이 주로 TNT를 취급한다. 조립과 해체가 상당히 까다롭다. 완성된 고체 TNT는 매우 안정된 폭약이며, 화기에 노출시키거나 심지어는 총으로 쏴도 잘 안 터진다.[4] 그래서 기폭 시에는 뇌관이 필요하며, 뇌관에는 뇌홍이나 아지드화납 등이 주로 쓰인다.[5]
기폭하는 것을 구경할 수 있다면 기폭 후에 검은색 연기가 올라오는 것을 알 수 있다. 산소평형이 -74%로 음의 값을 가지기 때문에 산소가 부족하여 완전히 연소되지 못한 탄소가 남기 때문이다.[6]
TNT의 폭발속도는 약 6900m/s 정도로 일반적 기준으로 삼는 폭속인 400m/s나 2000m/s에 비해서 상당한 고속폭약이라고 볼 수 있다. 원자폭탄은 작용 기제가 다르므로 폭약으로 분류되지는 않는다. 화약 문서 참고.
'폭파'가 고열로 파괴력을 얻는다고 생각하기 쉽지만 열보다는 갑작스런 기화에 따른 압력과 충격파가 파괴력의 주가 된다. 따라서 얼마만큼 단시간에 팽창하느냐가 파괴력을 결정한다. 성분과 폭발력이 일정하기 때문에 폭약의 위력을 나타내는 기준으로 쓰인다. 위력계수 참고. TNT 1그램의 폭발력은 1 kcal와 동일한 4,184 J로 표준화 되어 있다. 즉 TNT 1 kg = 1000 kcal = 4.184 MJ, TNT 1 톤 = 1 giga 칼로리 = 4184 MJ 이다. 실제 폭발력은 상황에 따라 2,500~7,000 J 사이로 일정하지 않아서 편의상 중간값에 가까운 다른 기본단위랑 일치시킨 것이다.
가령 히로시마 원폭의 위력인 15kT(킬로톤)의 전술핵은 TNT 15,000톤의 폭발력을 가지고 있다는 식이다. TNT 15 킬로톤은 에너지로는 63 TJ (terajoule)로 전력으로는 17.5 GWh 이고 0.7 g의 질량손실에 해당한다. 핵폭탄의 폭발력이 1Mt 이라면 질량 46.55 g이 MC²에 따라 에너지로 전환된 위력이다.
5. 신체 내에서
TNT는 사람의 신진대사를 높이는 물질이기도 하다. 제1차 세계 대전 때 프랑스에서 TNT를 만들던 근로자들이 발열, 발한, 체중감소를 보였다. 조사 결과 TNT가 사람의 신진대사율을 높이는 물질이라는 것이 밝혀졌다. 그래서 예전엔 TNT의 친척뻘인 다이나이트로페놀이라는 물질로 다이어트약을 만들기도 하였다. 현재 이 물질은 건강에 매우 위험해서[7] 대한민국에선 화장품 만들 때 섞으면 안 되고 미국과 캐나다에선 시판 금지 품목이다.
TNT는 발암물질 중 하나로 포함되며, '''고자가 될 수 있다.'''
6. 창작물에서
- 폭발 엔딩에서 다이너마이트, 핵폭발과 더불어 전통적인 주인공(?)이다.
- 월야환담의 한세건은 무선으로 작동하는 신관을 단 'TNT 바'로 흡혈귀들을 쓸고 다닌다. 파편이 더 많이 발생하게 알루미늄 판도 끼워둔다.
- 메탈기어 솔리드 3에서는 전작까지의 C4와 마찬가지로 기물파괴나 부비트랩 등의 용도로 쓰는 폭약이 되었다. 클레이모어 등과 조합하면 상당히 위력적인 덫을 만들 수도 있다. 그밖에는 적의 무기고나 식량 창고를 폭파시켜버릴 수도 있는데 식량 창고가 폭파되면 그 지역의 병사들은 굶주림에 시달리게 된다.
- 마인크래프트에서는 엔더월드와 네더월드에서 사용하는 침대, 오버월드나 엔더월드에서 사용하는 리스폰 정박기를 빼고는 블럭 상태로 있는 유일한 폭발물이다. 폭발물 중에서 매우 유명하다. 그리고 몹 중 하나인 크리퍼의 몸속에 이것이 들어 있다.
- 앵그리버드 시리즈의 필수요소로, 게임을 뒤엎는 데는 정말 이만 한 게 없다. 이제는 TNT가 없으면 어딘가 허전할 정도.
7. 관련 문서
[1] 예를 들어 'TNT ○톤과 같은 위력' 등.[2] 질산과 다른 산을 혼합해 사용할 수도 있지만, 일반적으로는 황산을 사용한다.[3] 다양한 제법 중 하나로 N2O5를 nitrating agent로 사용할 경우 상온에서도 매우 높은 수율로 니트로화시킬 수 있지만, N2O5의 상온에서의 자발적 분해 등의 문제가 있을뿐더러 혼산에 비해 비경제적이기에 거의 사용되지 않는다.[4] 사실 다이너마이트, C4, RDX 등등 상당수의 2차 폭약이 안전을 위해 일부러 둔감하게 만든다. 그렇지 않으면 위험해서 제대로 쓸 수 없기 때문이다.[5] 흑색화약으로 기폭시키는 것도 이론적으로는 가능하나, 다른 1차 폭약에 비해 다량 사용해야 해 효율적이지 않으며 신뢰성이 낮아 실제로는 쓰이지 않는다.[6] 대부분의 폭발물의 산소평형은 0보다 작지만, TNT는 그 중에서도 매우 큰 음의 산소평형을 갖는다.[7] 미토콘드리아의 ATP 생성 효율을 낮춰 죽으라고 돌게 만든다. 자세하게 알고 싶으면 DNP로 검색해보자. 유명한 짝풀림제 중 하나이다.