之前的《軍武小課堂：給大家講講炸藥如何？（1）為啥炸藥要含氮？》講了炸藥釋放能量的過程是形成新的更穩(wěn)固的化學(xué)鍵釋放出化學(xué)能量的過程。
但炸藥為啥會(huì)炸呢？怎么擺在那里好好的一塊炸藥就爆炸了呢？
今天繼續(xù)講吧。
如果我們從宏觀上看炸藥的爆炸過程：
基本上都是發(fā)光、發(fā)熱、釋放出大量氣體的過程。
可是從微觀上看，炸藥爆炸的過程是這樣的：
原來物質(zhì)中的化學(xué)鍵斷裂，形成新的穩(wěn)定的化學(xué)鍵才是炸藥爆炸的真實(shí)面目。
以大家熟悉的TNT來說：
TNT是一個(gè)縮寫，全稱叫做“Trinitrotoluene”，按照字面的意思就是三硝基甲苯。看上面的分子，如果去掉所有的硝基（NO?）之后你看到的就是一個(gè)甲苯分子，也就是在一個(gè)苯環(huán)上附有了一個(gè)甲基（CH?），如果寫成分子式就是C?H?N?O?
化學(xué)是一個(gè)特別有意思的學(xué)科，但同時(shí)，化學(xué)也是一個(gè)特別糊弄人的學(xué)科。例如上面的圖片給大家看到的是TNT的分子結(jié)構(gòu)。這種寫法往往會(huì)在有機(jī)化學(xué)里面使用，可以讓研究者一眼就能看出來這個(gè)分子的結(jié)構(gòu)。我們在上面的圖片中可以看到一個(gè)甲基掛在苯環(huán)上，三個(gè)硝基掛在了苯環(huán)的2、4、6點(diǎn)上，取代了原來的氫基。
但是我們在做含能材料的研究過程中就不會(huì)用這樣的化學(xué)式了。
更傾向于這樣看TNT
這時(shí)候你會(huì)發(fā)現(xiàn)如果注重化學(xué)鍵的話事情就有意思的多了。一個(gè)TNT分子帶有三個(gè)二價(jià)的氮氧鍵，還帶有三個(gè)一價(jià)的氮氧鍵。但在這個(gè)結(jié)構(gòu)中一價(jià)的氮氧鍵并不是中性的，而是分別帶有多余的負(fù)電荷和正電荷。所以說，單獨(dú)的TNT分子是無法存在的。他們必須依靠其他的TNT分子來“中和”掉多出的不穩(wěn)定的電荷。這種結(jié)合物有一種大家都聽過的名稱——晶體。
從晶體結(jié)構(gòu)上來看TNT大家就比較眼熟了
是不是很像大家看到前面動(dòng)圖里面的擠壓在一起的雪糕棒？
當(dāng)外界的能量刺激到TNT發(fā)生分子之間的分離后，枝頭上帶負(fù)電的氧原子就未必“杵到”帶有正電的氮原子上了，因?yàn)樘佳蹑I能儲(chǔ)存更多的鍵能。
于是吧嗒一下，苯環(huán)里面的碳原子和氧原子就結(jié)合在一起生成了一氧化碳（CO），這個(gè)舉動(dòng)就直接讓苯環(huán)塌房了，塌得是一塌糊涂，緊接著，苯環(huán)裂解出來的碳原子又無情的奪去氮氧雙鍵中的氧，這時(shí)候氮就游離出來了，迅速的形成了氮三鍵（N?）也就是大家常說的氮?dú)狻?/p>
在這個(gè)過程中釋放出大量的熱量，直接分離甲基（CH?）讓兩個(gè)甲基形成了兩份純碳和3份氫氣（H?），苯環(huán)上本來被甲基和硝基占了四個(gè)位置，每個(gè)苯環(huán)上還有2個(gè)氫原子，再苯環(huán)“塌房”的時(shí)候這兩個(gè)氫原子也游離了，和甲基上的氫原子一樣，也相互結(jié)合成氫-氫鍵也是氫氣（H?）
于是——2C?H?N?O? → 12CO + 5H? + 3N? + 2C
在這個(gè)反應(yīng)中反應(yīng)產(chǎn)物是一氧化碳、氫氣、氮?dú)膺@些氣體，氣體快速膨脹爆發(fā)出了極大的能量。
但是要注意，一千克的TNT爆炸，所釋放出的能量僅僅是4.19兆焦，它釋放的能量要比我們大多數(shù)的食物燃燒所釋放出的能量少得多。例如1千克脂肪燃燒可以釋放出38兆焦的能量、一千克糖燃燒可以釋放出17兆焦的能量。只不過這是燃燒，除了燃料本身還有氧氣的參與。并不像是TNT爆炸這種分子“塌房”來的這么猛烈。
當(dāng)然了，如果點(diǎn)燃TNT所釋放出的能量也是相當(dāng)可觀的，TNT在氧氣中燃燒所釋放出來的熱量大約是8.1兆焦。
不過，TNT與氧氣反應(yīng)燃燒所釋放的能量還不足以刺激其他TNT分子“塌房”，這也是為什么TNT是一種安全炸藥的原因了。
