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很多軍迷一提到炸藥就會充滿幻想。但是炸藥這個東西就是用在軍事、工業(yè)以及我們的生產(chǎn)生活中的，既然是炸藥，其實首先要保證的就是安全性。如果想不通這一點，就參考昨天的文章《幫軍迷理清思路：只知道CL-20就太遜了，什么是第四代炸藥》。

不過，拜信息繭房所賜，99.99的軍迷也就聽很多自媒體在吹噓全氮陰離子炸藥這種還沒有真正穩(wěn)定存在的物質(zhì)，相信這種東西是替代核彈的“下一代炸藥”。或者就覺得CL-20是目前最強的爆炸物了。W君就不得不說這種想法很狹隘了。因為大家把眼光僅放在了“炸藥”這一小范疇內(nèi)來看待化學了。

為什么寫今天這篇呢？主要是早上的一個留言：

這個粉絲還說的不太完全，雖然他的概念是“按照現(xiàn)在的物理規(guī)則，炸彈的威力不會大到離譜”，W君也回復他是個明白人，但如果我們脫離開“炸藥”這個范疇來看化合物的爆炸威力，你就會發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在很多自媒體吹噓的CL-20的威力之弱都會弱到渣渣的地步，如果我們把眼光放到理論化學的領(lǐng)域上看，即便是現(xiàn)在很多人吹噓的還沒真正搞出來的全氮陰離子炸藥也不過是一個弟弟。

說今天正題之前，咱們來說說傳統(tǒng)炸藥的特性，有一點反常識的是——從諾貝爾開始人們就沒真正的追求過炸藥的爆炸威力，相反更加追求的是炸藥的安全性。簡單的說就是如何讓炸藥“不爆”，也正因為這樣的一個基本追求，其實“炸藥”就是可以爆炸的化合物的一個很小的子集，根本無法囊括所有可以爆炸化合物物的范疇。

例如：我們在常溫下可以用碘晶體顆粒和少量濃氨水進行混合，緩慢攪拌后充分反應就會生成碘化氮的黑色沉淀物，用濾紙過濾后就可以收集起來。這種東西在很多化學課上出現(xiàn)過。

在基本干燥后，只要外界的微小震動就可以導致碘化氮爆炸，通?；瘜W課上會用一根羽毛來觸碰一下，瞬間分解爆炸滿屋子紫色煙霧。但化學課上不講的是如果這玩意充分干燥根本不需要使用羽毛觸碰，聲音在空氣中傳播的震動能量就可以達到觸發(fā)器條件。當然了了，要達到這個效果還需要脫氨工藝。原因就是因為反應的過程生成的是NI?·NH?而不是純凈的NI?。該產(chǎn)物是一種氨配位絡(luò)合物，其中氨（NH?）作為配體（ligand）與 NI? 發(fā)生配位作用，降低了分子的感度，使其在潮濕狀態(tài)下相對安全。

但是如果真正的要除去NH?就不是一個干燥過程就可以完成的事情了。在這個案例里面，如果想要獲得純凈的NI?，需要使用更精細的脫氨工藝。通常的方法包括加熱驅(qū)氨或用無水溶劑處理，但這些方法的風險極高，因為一旦脫去NH?，剩下的純碘化氮將變得極端敏感，任何輕微震動、空氣擾動，甚至高頻聲音都可能導致其自發(fā)爆炸。

這里面就牽扯到了一個火工藥劑學的知識范疇——“火工藥劑學的設(shè)計裕度”：

簡單的解釋一下，當一種物質(zhì)在攝氏0度的時候就可以由溫度起爆，那么這種物質(zhì)就不適合做炸藥了，原因很簡單，我們很難在正常環(huán)境下保持它不爆炸；再有一種物質(zhì)極具爆炸威力，但是要觸發(fā)它的爆炸需要8百萬兆帕的壓力作用在這個物質(zhì)上。那么這種物質(zhì)也不是一種合格的炸藥，原因就是這種物質(zhì)太難觸發(fā)了。

說實際的，以我國為例：武器彈藥操作溫度為 -40?C～63?C，貯存溫度為 -54 ~ 71?C。這就要求了一件合格的火工品裝置需要有環(huán)境的耐受度，外界環(huán)境的輸出能量（E環(huán)）要低于火工品的觸發(fā)能量，而一個雷管也好、一支撞針也好所能提供的能量也不是沒有上限的，這就得出來“E柵”～“E觸”之間的能量區(qū)間，這兩個區(qū)間加在一起其實就是“火工藥劑的設(shè)計裕度”。注意，這是“設(shè)計”出來的。

打個比方：例如，我們在設(shè)計一枚子彈的時候，都會有底火這個裝置。里面通常會有兩種選擇一種是四氮烯，另一種史蒂芬酸鉛。，如果從機械感度來看四氮烯>史蒂芬酸鉛，從火焰感度上來看四氮烯<史蒂芬酸鉛，再從溫度感度上看四氮烯>史蒂芬酸鉛。

那么一個底火要怎么選？機械感度高，代表著觸發(fā)力度可以做的很小，一些小型槍械用這四氮烯作為底火可以有效的降低機械結(jié)構(gòu)需求，讓槍支更加小型化；相反，從溫度上來看，在160?C的時候四氮烯就開始分解，而史蒂芬酸鉛則得到282?C的時候才會開始分解。這就證明了史蒂芬酸鉛相較于四氮烯有更好的溫度耐受性。

那么，在持續(xù)的高強度射擊的時候你要怎么選呢？例如重機槍彈的底火是不是就要避免使用四氮烯而使用史蒂芬酸鉛了呢？道理就是這樣的道理。

類似的耐熱、耐低溫、耐沖擊、穩(wěn)定性、耐潮濕、相容性等問題其實都是選擇一種物質(zhì)是不是可以作為“炸藥”的主要判斷依據(jù)。例如一戰(zhàn)期間，火炮炮彈內(nèi)普遍裝填苦味酸作為主要裝藥。

這種黃色染料最早是出現(xiàn)在印染行業(yè)中用作著色劑的。后來發(fā)現(xiàn)爆炸威力強大，就被當作了炮彈用的炸藥。也正因為它的顏色，被稱為了“黃色炸藥”，后來為什么不用了呢？這就是相容性問題?？辔端岜緛矸€(wěn)定，但在潮濕環(huán)境下和金屬接觸會生成苦味酸鹽。試想炮彈受潮后，苦味酸就可能和彈殼的金屬材料反應?？辔端猁}對震動的感度極高，這時候如果開炮的話……

炮彈會直接在炮膛里面爆炸。這就是“相容性”的問題。

其實給大家說這個，就是深入到比較專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的內(nèi)容了。再細說第一大家會感到?jīng)]勁；第二也會給W君帶來不必要的麻煩。講這個就是給大家一個基本的概念——炸藥的篩選標準比大家想象得要苛刻得多，遠不是“能炸”這么簡單。真正能用于軍事或工業(yè)的炸藥，必須滿足一系列嚴苛的物理化學特性要求。

不過，咱們也可以學一學那些把“咱們先不談這個……”作為口頭語的偽軍迷們，先拋開安全性不談，咱們來聊聊具有爆炸能力的物質(zhì)到底有多強。

首先不太上強度：全氮陰離子炸藥，如果要細致的討論全氮陰離子，咱們就得從碳原子開始聊了。碳原子原子序數(shù)為6外層有四個自由電子。從基礎(chǔ)化學上來講，化合物是要盡量維持原子最外層軌道上是8個電子的。這叫做“八電子規(guī)則（Octet Rule）”可以解釋大多數(shù)化合物狀態(tài)。

當然了，還有一些化合物會不在“八電子規(guī)則之內(nèi)”，例如第三周期的元素磷，是可以違背這一原則的，不過如果展開講估計這篇文章就全是為什么會形成PCl?（五氯化磷）這樣的化合物的內(nèi)容了。

說回碳，碳的這種結(jié)構(gòu)就特別容易讓外層的電子鍵自由旋轉(zhuǎn)，但在庫侖力（電子間的斥力）的作用下，最簡單的碳化合物甲烷就被這個力撐成了任意兩個鍵之間夾角為109?28'的超級對稱的結(jié)構(gòu)。

在這種狀態(tài)下能級是最低的。但如果去掉一個氫原子會怎么樣呢？比如CH??（甲基）離子，由于庫侖力的作用，這個金字塔形狀的結(jié)構(gòu)會迅速壓平，三個σ鍵共面，鍵角變?yōu)?120°。CH??離子就失去了3D特性，轉(zhuǎn)成了一個空間平面——120?*3 =360?。

知道了這個，就能明白碳的特性在于它可以具有更復雜的空間結(jié)構(gòu)。這就使得碳原子之間能夠以不同的角度連接，而不至于產(chǎn)生過大的張力，因此能夠彎曲形成閉合的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。

例如小環(huán)（C?H?，環(huán)丙烷）：張力較大，但仍然穩(wěn)定存在；五元環(huán)（C?H??，環(huán)戊烷）：相對無張力，極其穩(wěn)定；六元環(huán)（C?H??，環(huán)己烷）：最穩(wěn)定，幾乎沒有環(huán)張力。

這里面就有一個五元環(huán)，也就是環(huán)戊烷：

碳-碳之間以單鍵連接，利用氫原子配平形成了穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。當這個環(huán)內(nèi)的碳原子被其他原子取代，就形成了“雜環(huán)”。說回全氮陰離子鹽，當一個五碳環(huán)內(nèi)的碳原子被至少兩個原子取代，而其中至少一個原子為氮，這個東西就叫做唑（zole）。例如治療細菌性陰道炎的一種藥物叫做metronidazole（甲硝唑）：

我們從結(jié)構(gòu)式上就可以看到五碳環(huán)中有兩個碳原子被氮原子取代，并且配了一個甲基（CH?）和一個硝基（NO?）以及用了一個羥基（OH）來配平?，F(xiàn)在我們看“線”，在五碳環(huán)的骨架上氮（N）所在的位置都是三條線，代表了氮的三個共價鍵，依靠這三個共價鍵來保持原來的五碳環(huán)穩(wěn)定。為什么提到婦科藥了呢？其實甲硝唑繼續(xù)取代骨架里面的碳就可以形成1-Methyl-5-nitrotetrazole（1-甲基-5-硝基四唑）

這里注意要看兩點：第一這個東西的五碳環(huán)骨架中已經(jīng)有四個碳原子被取代成了氮；第二，在分子團的硝基呈現(xiàn)復價也就是說其中的一個氧原子還沒配平。但是通常還會在這個負價上繼續(xù)搭建其他分子團讓化合物穩(wěn)定。這一類的東西叫做“四唑炸藥”。

和搭積木一樣，分子間的任何結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定都會讓分子變成另外的物質(zhì)，四唑炸藥的配平官能團就是用來穩(wěn)定分子結(jié)構(gòu)的，如果看不明白的話，看前面甲烷和甲基的例子。正由于官能團的不斷替換選擇，四唑炸藥就形成了一個巨大的家族，在很多的特定性質(zhì)的應用上就有了各自的用武之地，至于為什么，參考前面底火的例子。

不過，四唑環(huán)爆炸威力很大，但是配平的分子官能團通常不具備爆炸威力，因此就炸藥而言，這些配平的官能團就是拖累。這時候理論化學就上場了。都做到四唑了，五碳環(huán)里面只有一個碳原子沒有被取代，直接也用氮取代掉不就是一個穩(wěn)定的高爆化合物了么？于是就有了一個新的構(gòu)想物質(zhì)：“五唑”，記得唑的定義嗎？五碳環(huán)中至少兩個碳原子被取代，至少有一個碳原子被取代成了氮，現(xiàn)在5個氮原子取代了五個碳原子，于是就叫“五唑”：

就爆炸物而言，五唑僅僅可以依靠71的分子量提供三個氮-氮單鍵和兩個氮=氮雙鍵以及一個氮-氫鍵，當這些化學鍵重新組合成氮≡氮三鍵和氫-氫鍵的時候理論上能放出多大能量呢？

這個只要會查鍵能比表就知道結(jié)果的：

每摩爾五唑（71 g）分解時釋放 864.5 kJ 的能量。那么每克TNT爆炸能釋放出的能量是多大呢？4.184千焦。簡單的算數(shù)題了：864.5 ÷ 71 ÷ 4.184 = 2.9101倍。

也就是說，純的五唑爆炸是可以達到TNT炸藥的2.91倍的能量。這也就是全氮爆炸的極限值了。

所以說，全氮陰離子爆炸是TNT幾十倍上百倍的說法并不準確。咱們這里還是說的五唑的爆炸也只是TNT的2.91倍而已。

2017年有報道稱南京理工大學化工學院胡炳成教授課題組合成了在室溫下穩(wěn)定存在的五唑陰離子鹽的合成。具體操作是在低溫(-45 °C)下在3,5-二甲基-4-羥基苯基五唑溶液中加入甘氨酸亞鐵，然后加入間氯過氧苯甲酸，N5-逐漸釋放出來。濾去不溶物和柱層析分離，產(chǎn)物經(jīng)結(jié)晶得到白色固體，為穩(wěn)定的(N?)?(H?O)?(NH?)4Cl鹽。雖然這篇文章在幾個月后撤稿，但是畢竟是給大家全氮陰離子鹽的一個希望是吧？。但是看分子式：我們就可以得到分子量為584，每摩爾（584克）提供了六摩爾的五唑（其實能量有所衰減），其實就是TNT的2.12倍而已。

那么真正的理論上的有更大威力的化合物是什么呢？說幾種：

Hexazine, N? 六氮環(huán)、六嗪，和五氮一樣是一種超氮化合物，理論上每克爆炸釋放10.11 千焦的能量，是TNT的2.42倍，它吃虧吃在了是N? 雖然每摩爾爆炸可以多出半摩爾的N?但是氮原子的原子量要遠大于氫原子，這里就吃虧了。

Tetra-Peroxy-Tetramethane, C?O?四過氧化四碳，每克爆炸可以釋放出62.4千焦的能量，是TNT的14.94倍，原因在于O-O鍵跌落至O=O鍵的時候釋放出更大能量而且C-O鍵跌落到C=C鍵也會釋放出巨大能量。不過最終這個物質(zhì)反復反應會生成4CO?達到氧平衡。

Carbon Trioxide (C?O?)，六氧化三碳，和四過氧化四碳類似，但是中間的鍵有區(qū)別，每克可以釋放出83.3千焦的能量，是TNT的19.92倍。

Tetra-Oxyacetylene（C?O?），四氧乙炔，由特定環(huán)境下氧化乙炔制備，能量密度理論上超過所有現(xiàn)有化學炸藥。每克爆炸可以釋放出96.59千焦的能量，是TNT炸藥的23倍。

Octaoxygen (O?)，八氧環(huán)，其實氧有著更高的鍵能落差，有純氮炸藥的構(gòu)想，實際上也有純氧環(huán)的構(gòu)想。

這是一種只能在極低溫環(huán)境下形成的液體，無法儲存。但每克爆炸威力可以達到78.125千焦，依舊是TNT的18.67倍。

其實氧基還并不是最高點，在去年披露的文獻中就已經(jīng)包括了氟基含能材料了。也是咱們的團隊在做的。不過目前還是在“官能團”的階段，已經(jīng)對爆炸物的能量釋放起到了巨大的提升作用。

未披露的這個材料咱們再講就有點啰嗦了。簡單的說就是氟基炸藥利用氟原子的高電負性，使其在爆炸過程中形成極強的化學鍵破裂能量。咱們說最終極的形態(tài)就是：

Tetrafluoronitrogen (N?F?) 四氟化四氮，這是一個鍵能疊加的物質(zhì)，如果按照鍵能來計算每克爆炸可以釋放105千焦的能量，大約是TNT的25倍。它的威力就贏是現(xiàn)在很多人吹的全氮陰離子鹽的10倍了。

還有沒有更大的呢？還真有！化學材料釋放鍵能的過程其實是有上限的。但還有一種物質(zhì)是通過相變轉(zhuǎn)換而釋放能量的，這就是——金屬氦。

根據(jù)計算，每克金屬氦如果從致密的金屬態(tài)轉(zhuǎn)化為正常的氣態(tài)可以釋放出超過5000千焦的能量，差不多是TNT炸藥的1195倍。但制造金屬氦已經(jīng)不是化學領(lǐng)域的事情了，金屬氦已經(jīng)可以歸納為簡并態(tài)物質(zhì)了。

這玩意基本的推論是在中子星和白矮星中存在。地球上目前沒有條件制造。

so……

其實盡管很多理論化合物或者物質(zhì)在計算上遠超現(xiàn)有化學炸藥的威力，但它們往往因極端不穩(wěn)定而無法合成或儲存，所以就無法應用到軍事上成為“炸藥”。然而話說回來，現(xiàn)實中可用的炸藥其實已經(jīng)夠用了，并不需要再搞些更猛烈的爆炸物，畢竟，我們所說的這些化學產(chǎn)品的能量釋放是有上限的，但要明白，如果需要更猛烈的爆炸，我們還有另一條路給我們兜底，這就是核反應。