很多军迷一提到炸药就会充满幻想。但是炸药这个东西就是用在军事、工业以及我们的生产生活中的，既然是炸药，其实首先要保证的就是安全性。如果想不通这一点，就参考昨天的文章《帮军迷理清思路：只知道CL-20就太逊了，什么是第四代炸药》。
不过，拜信息茧房所赐，99.99的军迷也就听很多自媒体在吹嘘全氮阴离子炸药这种还没有真正稳定存在的物质，相信这种东西是替代核弹的“下一代炸药”。或者就觉得CL-20是目前最强的爆炸物了。W君就不得不说这种想法很狭隘了。因为大家把眼光仅放在了“炸药”这一小范畴内来看待化学了。
为什么写今天这篇呢？主要是早上的一个留言：
这个粉丝还说的不太完全，虽然他的概念是“按照现在的物理规则，炸弹的威力不会大到离谱”，W君也回复他是个明白人，但如果我们脱离开“炸药”这个范畴来看化合物的爆炸威力，你就会发现现在很多自媒体吹嘘的CL-20的威力之弱都会弱到渣渣的地步，如果我们把眼光放到理论化学的领域上看，即便是现在很多人吹嘘的还没真正搞出来的全氮阴离子炸药也不过是一个弟弟。
说今天正题之前，咱们来说说传统炸药的特性，有一点反常识的是——从诺贝尔开始人们就没真正的追求过炸药的爆炸威力，相反更加追求的是炸药的安全性。简单的说就是如何让炸药“不爆”，也正因为这样的一个基本追求，其实“炸药”就是可以爆炸的化合物的一个很小的子集，根本无法囊括所有可以爆炸化合物物的范畴。
例如：我们在常温下可以用碘晶体颗粒和少量浓氨水进行混合，缓慢搅拌后充分反应就会生成碘化氮的黑色沉淀物，用滤纸过滤后就可以收集起来。这种东西在很多化学课上出现过。
在基本干燥后，只要外界的微小震动就可以导致碘化氮爆炸，通常化学课上会用一根羽毛来触碰一下，瞬间分解爆炸满屋子紫色烟雾。但化学课上不讲的是如果这玩意充分干燥根本不需要使用羽毛触碰，声音在空气中传播的震动能量就可以达到触发器条件。当然了了，要达到这个效果还需要脱氨工艺。原因就是因为反应的过程生成的是NI₃·NH₃而不是纯净的NI₃。该产物是一种氨配位络合物，其中氨（NH₃） 作为配体（ligand）与 NI₃ 发生配位作用，降低了分子的感度，使其在潮湿状态下相对安全。
但是如果真正的要除去NH₃就不是一个干燥过程就可以完成的事情了。在这个案例里面，如果想要获得纯净的NI₃，需要使用更精细的脱氨工艺。通常的方法包括加热驱氨或用无水溶剂处理，但这些方法的风险极高，因为一旦脱去NH₃，剩下的纯碘化氮将变得极端敏感，任何轻微震动、空气扰动，甚至高频声音都可能导致其自发爆炸。
这里面就牵扯到了一个火工药剂学的知识范畴——“火工药剂学的设计裕度”：
简单的解释一下，当一种物质在摄氏0度的时候就可以由温度起爆，那么这种物质就不适合做炸药了，原因很简单，我们很难在正常环境下保持它不爆炸；再有一种物质极具爆炸威力，但是要触发它的爆炸需要8百万兆帕的压力作用在这个物质上。那么这种物质也不是一种合格的炸药，原因就是这种物质太难触发了。
说实际的，以我国为例：武器弹药操作温度为 -40˚C～63˚C，贮存温度为 -54 ~ 71˚C。这就要求了一件合格的火工品装置需要有环境的耐受度，外界环境的输出能量（E环）要低于火工品的触发能量，而一个雷管也好、一支撞针也好所能提供的能量也不是没有上限的，这就得出来“E栅”～“E触”之间的能量区间，这两个区间加在一起其实就是“火工药剂的设计裕度”。注意，这是“设计”出来的。
打个比方：例如，我们在设计一枚子弹的时候，都会有底火这个装置。里面通常会有两种选择一种是四氮烯，另一种史蒂芬酸铅。，如果从机械感度来看四氮烯>史蒂芬酸铅，从火焰感度上来看四氮烯<史蒂芬酸铅，再从温度感度上看四氮烯>史蒂芬酸铅。
那么一个底火要怎么选？机械感度高，代表着触发力度可以做的很小，一些小型枪械用这四氮烯作为底火可以有效的降低机械结构需求，让枪支更加小型化；相反，从温度上来看，在160˚C的时候四氮烯就开始分解，而史蒂芬酸铅则得到282˚C的时候才会开始分解。这就证明了史蒂芬酸铅相较于四氮烯有更好的温度耐受性。
那么，在持续的高强度射击的时候你要怎么选呢？例如重机枪弹的底火是不是就要避免使用四氮烯而使用史蒂芬酸铅了呢？道理就是这样的道理。
类似的耐热、耐低温、耐冲击、稳定性、耐潮湿、相容性等问题其实都是选择一种物质是不是可以作为“炸药”的主要判断依据。例如一战期间，火炮炮弹内普遍装填苦味酸作为主要装药。
这种黄色染料最早是出现在印染行业中用作着色剂的。后来发现爆炸威力强大，就被当作了炮弹用的炸药。也正因为它的颜色，被称为了“黄色炸药”，后来为什么不用了呢？这就是相容性问题。苦味酸本来稳定，但在潮湿环境下和金属接触会生成苦味酸盐。试想炮弹受潮后，苦味酸就可能和弹壳的金属材料反应。苦味酸盐对震动的感度极高，这时候如果开炮的话……
炮弹会直接在炮膛里面爆炸。这就是“相容性”的问题。
其实给大家说这个，就是深入到比较专业领域内的内容了。再细说第一大家会感到没劲；第二也会给W君带来不必要的麻烦。讲这个就是给大家一个基本的概念——炸药的筛选标准比大家想象得要苛刻得多，远不是“能炸”这么简单。真正能用于军事或工业的炸药，必须满足一系列严苛的物理化学特性要求。
不过，咱们也可以学一学那些把“咱们先不谈这个……”作为口头语的伪军迷们，先抛开安全性不谈，咱们来聊聊具有爆炸能力的物质到底有多强。
首先不太上强度：全氮阴离子炸药，如果要细致的讨论全氮阴离子，咱们就得从碳原子开始聊了。碳原子原子序数为6外层有四个自由电子。从基础化学上来讲，化合物是要尽量维持原子最外层轨道上是8个电子的。这叫做“八电子规则（Octet Rule）”可以解释大多数化合物状态。
当然了，还有一些化合物会不在“八电子规则之内”，例如第三周期的元素磷，是可以违背这一原则的，不过如果展开讲估计这篇文章就全是为什么会形成PCl₅（五氯化磷）这样的化合物的内容了。
说回碳，碳的这种结构就特别容易让外层的电子键自由旋转，但在库仑力（电子间的斥力）的作用下，最简单的碳化合物甲烷就被这个力撑成了任意两个键之间夹角为109˚28'的超级对称的结构。
在这种状态下能级是最低的。但如果去掉一个氢原子会怎么样呢？比如CH₃⁺（甲基）离子，由于库仑力的作用，这个金字塔形状的结构会迅速压平，三个σ键共面，键角变为 120°。CH₃⁺离子就失去了3D特性，转成了一个空间平面——120˚*3 =360˚。
知道了这个，就能明白碳的特性在于它可以具有更复杂的空间结构。这就使得碳原子之间能够以不同的角度连接，而不至于产生过大的张力，因此能够弯曲形成闭合的环状结构。
例如小环（C₃H₆，环丙烷）：张力较大，但仍然稳定存在；五元环（C₅H₁₀，环戊烷）：相对无张力，极其稳定；六元环（C₆H₁₂，环己烷）：最稳定，几乎没有环张力。
这里面就有一个五元环，也就是环戊烷：
碳-碳之间以单键连接，利用氢原子配平形成了稳定结构。当这个环内的碳原子被其他原子取代，就形成了“杂环”。说回全氮阴离子盐，当一个五碳环内的碳原子被至少两个原子取代，而其中至少一个原子为氮，这个东西就叫做唑（zole）。例如治疗细菌性阴道炎的一种药物叫做metronidazole（甲硝唑）：
我们从结构式上就可以看到五碳环中有两个碳原子被氮原子取代，并且配了一个甲基（CH₃）和一个硝基（NO₂）以及用了一个羟基（OH）来配平。现在我们看“线”，在五碳环的骨架上氮（N）所在的位置都是三条线，代表了氮的三个共价键，依靠这三个共价键来保持原来的五碳环稳定。为什么提到妇科药了呢？其实甲硝唑继续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）
这里注意要看两点：第一这个东西的五碳环骨架中已经有四个碳原子被取代成了氮；第二，在分子团的硝基呈现复价也就是说其中的一个氧原子还没配平。但是通常还会在这个负价上继续搭建其他分子团让化合物稳定。这一类的东西叫做“四唑炸药”。
和搭积木一样，分子间的任何结构的不稳定都会让分子变成另外的物质，四唑炸药的配平官能团就是用来稳定分子结构的，如果看不明白的话，看前面甲烷和甲基的例子。正由于官能团的不断替换选择，四唑炸药就形成了一个巨大的家族，在很多的特定性质的应用上就有了各自的用武之地，至于为什么，参考前面底火的例子。
不过，四唑环爆炸威力很大，但是配平的分子官能团通常不具备爆炸威力，因此就炸药而言，这些配平的官能团就是拖累。这时候理论化学就上场了。都做到四唑了，五碳环里面只有一个碳原子没有被取代，直接也用氮取代掉不就是一个稳定的高爆化合物了么？于是就有了一个新的构想物质：“五唑”，记得唑的定义吗？五碳环中至少两个碳原子被取代，至少有一个碳原子被取代成了氮，现在5个氮原子取代了五个碳原子，于是就叫“五唑”：
就爆炸物而言，五唑仅仅可以依靠71的分子量提供三个氮-氮单键和两个氮=氮双键以及一个氮-氢键，当这些化学键重新组合成氮≡氮三键和氢-氢键的时候理论上能放出多大能量呢？
这个只要会查键能比表就知道结果的：
每摩尔五唑（71 g）分解时释放 864.5 kJ 的能量。那么每克TNT爆炸能释放出的能量是多大呢？4.184千焦。简单的算数题了：864.5 ÷ 71 ÷ 4.184 = 2.9101倍。
也就是说，纯的五唑爆炸是可以达到TNT炸药的2.91倍的能量。这也就是全氮爆炸的极限值了。
所以说，全氮阴离子爆炸是TNT几十倍上百倍的说法并不准确。咱们这里还是说的五唑的爆炸也只是TNT的2.91倍而已。
2017年有报道称南京理工大学化工学院胡炳成教授课题组合成了在室温下稳定存在的五唑阴离子盐的合成。具体操作是在低温(-45 °C)下在3,5-二甲基-4-羟基苯基五唑溶液中加入甘氨酸亚铁，然后加入间氯过氧苯甲酸，N5-逐渐释放出来。滤去不溶物和柱层析分离，产物经结晶得到白色固体，为稳定的(N₅)₆(H₃O)₃(NH₄)4Cl盐。虽然这篇文章在几个月后撤稿，但是毕竟是给大家全氮阴离子盐的一个希望是吧？。但是看分子式：我们就可以得到分子量为584，每摩尔（584克）提供了六摩尔的五唑（其实能量有所衰减），其实就是TNT的2.12倍而已。
那么真正的理论上的有更大威力的化合物是什么呢？说几种：
Hexazine, N₆ 六氮环、六嗪，和五氮一样是一种超氮化合物，理论上每克爆炸释放10.11 千焦的能量，是TNT的2.42倍，它吃亏吃在了是N₆ 虽然每摩尔爆炸可以多出半摩尔的N₂但是氮原子的原子量要远大于氢原子，这里就吃亏了。
Tetra-Peroxy-Tetramethane, C₄O₈四过氧化四碳，每克爆炸可以释放出62.4千焦的能量，是TNT的14.94倍，原因在于O-O键跌落至O=O键的时候释放出更大能量而且C-O键跌落到C=C键也会释放出巨大能量。不过最终这个物质反复反应会生成4CO₂达到氧平衡。
Carbon Trioxide (C₃O₆)，六氧化三碳，和四过氧化四碳类似，但是中间的键有区别，每克可以释放出83.3千焦的能量，是TNT的19.92倍。
Tetra-Oxyacetylene（C₂O₄），四氧乙炔，由特定环境下氧化乙炔制备，能量密度理论上超过所有现有化学炸药。每克爆炸可以释放出96.59千焦的能量，是TNT炸药的23倍。
Octaoxygen (O₈)，八氧环，其实氧有着更高的键能落差，有纯氮炸药的构想，实际上也有纯氧环的构想。
这是一种只能在极低温环境下形成的液体，无法储存。但每克爆炸威力可以达到78.125千焦，依旧是TNT的18.67倍。
其实氧基还并不是最高点，在去年披露的文献中就已经包括了氟基含能材料了。也是咱们的团队在做的。不过目前还是在“官能团”的阶段，已经对爆炸物的能量释放起到了巨大的提升作用。
未披露的这个材料咱们再讲就有点啰嗦了。简单的说就是氟基炸药利用氟原子的高电负性，使其在爆炸过程中形成极强的化学键破裂能量。咱们说最终极的形态就是：
Tetrafluoronitrogen (N₄F₄) 四氟化四氮，这是一个键能叠加的物质，如果按照键能来计算每克爆炸可以释放105千焦的能量，大约是TNT的25倍。它的威力就赢是现在很多人吹的全氮阴离子盐的10倍了。
还有没有更大的呢？还真有！化学材料释放键能的过程其实是有上限的。但还有一种物质是通过相变转换而释放能量的，这就是——金属氦。
根据计算，每克金属氦如果从致密的金属态转化为正常的气态可以释放出超过5000千焦的能量，差不多是TNT炸药的1195倍。但制造金属氦已经不是化学领域的事情了，金属氦已经可以归纳为简并态物质了。
这玩意基本的推论是在中子星和白矮星中存在。地球上目前没有条件制造。
so……
其实尽管很多理论化合物或者物质在计算上远超现有化学炸药的威力，但它们往往因极端不稳定而无法合成或储存，所以就无法应用到军事上成为“炸药”。然而话说回来，现实中可用的炸药其实已经够用了，并不需要再搞些更猛烈的爆炸物，毕竟，我们所说的这些化学产品的能量释放是有上限的，但要明白，如果需要更猛烈的爆炸，我们还有另一条路给我们兜底，这就是核反应。
所以，在很多时候搞研究就是很纠结的事情，有的时候要认死理，深入钻研某一个特定领域，但有时候脑袋灵活一点，别光看着自己这条路，偶尔看看其他赛道你就会有柳暗花明又一春的感觉。所以……当年W君学含能材料之后不太久的时间里就果断转行核工业了。
其实你看，下面的粉丝回复其实才是明白人：
