Proch czarny
Czarny proch
Czarny proch – rodzaj prochu wynaleziony w Chinach w IX wieku, będący praktycznie jedyną znaną mieszaniną pirotechniczną miotającą aż do połowy XIX wieku. Dzisiaj został już prawie całkowicie wyparty przez bardziej efektywne materiały, takie jak proch bezdymny. Proch czarny był też używany w roli kruszącego materiału wybuchowego - obecnie też jest wyparty z tych zastosowań, np. przez trotyl. Cały czas jest jednak wytwarzany, używa się go obecnie głównie w sztucznych ogniach, silnikach rakiet modelarskich oraz replikach broni czarnoprochowej (ze swojej natury głównie odprzodowej).
Spis treści
1 Opis
2 Historia
3 Zobacz też
4 Przypisy
Opis
Proch czarny[1]
Rok wynalezienia ok. 800
Energia wybuchu 2,8 MJ/kg
Zdolność krusząca 30 cm3 Pb na 10 g
Maksimum ciśnienia deflagracji brak danych
Prędkość deflagracji 0,4 km/s
Gęstość odpowiadająca Vdef 1,1 g/cm3
Temperatura deflagracji brak danych
Wrażliwość na uderzenie średnia
Objętość produktów gazowych 280 dm3/kg
Temperatura podczas wybuchu 2200 °C
Proch czarny składa się ze zmielonych na pył składników: siarki, węgla drzewnego i azotanu potasu (saletry potasowej, KNO3).
Proste, często przytaczane równanie reakcji spalania prochu czarnego:
2 KNO3 + S + 3 C → K2S + N2↑ + 3 CO2↑
jest obecnie uważane za niepoprawne.
Właściwszym zapisem, ciągle jednak uproszczonym[2], jest:
10 KNO3 + 3 S + 8 C → 2 K2CO3 + 3 K2SO4 + 6 CO2↑ + 5 N2↑
Produkty spalania nie mogą jednak zostać odwzorowane przez żaden prosty wzór. Badania wskazały, że powstaje:
55,91% produktów stałych: węglan potasu, siarczan potasu, siarczek potasu, siarka, azotan potasu, węgiel, węglan amonu;
42,98% produktów gazowych: dwutlenek węgla, azot, tlenek węgla, siarkowodór, wodór, metan; 1,11% wody.
Ustalenie równania reakcji spalania czarnego prochu odpowiadającego każdej takiej reakcji jest niemożliwe, co jest związane z różnym składem węgla. Zależy on bowiem od wielu czynników, takich jak gatunek drewna użytego do wypalania lub czas i temperatura jego wypalania. Należy zatem pamiętać, że zapis węgla w równaniu reakcji odpowiada poza czystym węglem zanieczyszczeniom pozostałym po suchej destylacji.
Optymalne proporcje prochu to: 74,64% saletry, 13,51% węgla drzewnego i 11,85% siarki (wagowo). Obecnie w pirotechnice stosuje się 75% azotanu potasu, 15% węgla drzewnego z lekkiego drewna i 10% siarki.
Najmocniejszy proch powstaje ze zmielonego na pył węgla drzewnego. Uznaje się, że najlepszym drewnem do uzyskania tego węgla jest szakłak, jednak inne, np. balsa lub wierzba również są używane. Składniki są mieszane najdokładniej jak to możliwe. W celu podwyższenia bezpieczeństwa na początkowym etapie produkcji prochu często prowadzi się osobne rozdrabnianie mieszanin (tzw. binerów) saletry z siarką oraz siarki z węglem drzewnym. Po zmieszaniu składników do ostatecznego rozdrabniania używa się młynów kulowych z nieiskrzących elementów lub podobnych narzędzi.
Proch czarny jest często granulowany, aby polepszyć jego spalanie. Granulowanie to proces, w którym najpierw prasuje się proch w kawałki o takiej samej gęstości (1,7 g/cm³). Kawałki łamie się potem na granulat. Ziarna prochu są potem sortowane, co daje kilka jego klas. Standardowe ziarna prochu zaczynają się od klasy Fg, bardzo grubej, używanej m.in w karabinach wojskowych, strzelbach o dużym kalibrze i małych armatach, poprzez FFg (bronie średnio i małokalibrowe), FFFg (pistolety), i FFFFg (małokalibrowe, krótkie pistolety i panewki w zamkach skałkowych). Bardzo gruby proch był używany w kopalniach przed wdrożeniem nitrogliceryny i dynamitu: pierwsze znane zastosowanie czarnego prochu do prac strzelniczych w podziemiach kopalni miało miejsce w Bańskiej Szczawnicy (dzisiejsza Słowacja) w 1627 r.
Historia
Proch czarny wynaleziono w Chinach w IX wieku, w okresie późnej dynastii Tang (618–907 r.). Wynalazku prawdopodobnie dokonali przypadkowo alchemicy taoistyczni poszukujący eliksiru nieśmiertelności. Pierwsze zapiski na temat prochu wyglądają na ostrzeżenia w tekstach alchemicznych, aby nie mieszać składników prochu razem. Wczesne przepisy zawierały wzmianki o dodawaniu niepalnych materiałów. W XI wieku proch zaczęto używać w celach militarnych w rakietach i bombach zapalających wystrzeliwanych z katapult.
Użycie prochu do budowy przenośnych miotaczy ognia - lanc ognistych - a następnie ulepszenie ich konstrukcji przez wzmocnienie lufy i ściślejsze dopasowanie do niej pocisku, doprowadziło do powstania broni palnej.
Obecnie w Polsce proch czarny jest produkowany np. w historycznej fabryce w Mąkolnie (która jest najstarszą czynną fabryką prochu czarnego na świecie) lub w Pionkach.
Proch chloranowy
Proch chloranowy – odmiana prochu czarnego, w którym azotan potasu (saletra potasowa) jest zastąpiony chloranem potasu. Proch ten został opracowany w 1785 r. przez Claude'a Louisa Bertholleta[1].
Proch Bertholleta był mieszanką o składzie wagowym: 76,7% chloranu potasu (KClO3), 11,6% siarki i 11,6% węgla drzewnego. Temperatura wybuchu wynosi ok. 3900 °C. Zapłon można łatwo zainicjować mechanicznie[1].
Proch chloranowy jest często używany w pirotechnice amatorskiej, ze względu na łatwość przyrządzenia (łatwiejszy od wykonania dobrej jakości prochu czarnego) i dostępność składników, np. do miotania szelek. Nie znalazł jednak zastosowania w profesjonalnej pirotechnice jako materiał wybuchowy miotający, ze względu na zbyt dużą moc, co wiąże się z częstym rozrywaniem moździerzy. Czasem używany jako ładunek rozrywający.
Proch bezsiarkowy
Proch bezsiarkowy (potocznie zwany kakaowym lub czekoladowym) – proch pirotechniczny używany m.in. przy konstrukcji fajerwerków, wytwarzany w sposób analogiczny do prochu czarnego z pominięciem siarki. W skład prochu czekoladowego wchodzi 70-85% azotanu potasu i ok. 30% węgla drzewnego. Swoje potoczne nazwy substancja zawdzięcza brązowej barwie.
Wynaleziony został w wyniku poszukiwań materiałów wybuchowych niezawierających siarki niszczącej lufy pistoletów. Stosowany był w XIX wieku, główne w artylerii. Ze względu na złe właściwości mechaniczne, zastąpiony został prochem zawierającym niewielką (kilka procent) domieszkę siarki[1].
Proch bezbłyskowy
Proch bezbłyskowy, proch bezpłomieniowy - jest to proch bezdymny. Substancje, które zawiera (winian potasowy, azotan potasu, chlorek potasu), uniemożliwiają zapłon gazów po wyjściu z lufy (płomień wtórny). Używane aby utrudnić lub uniemożliwić wykrycie stanowiska strzelającej broni.
W czasie II wojny światowej armia niemiecka stosowała proch gudolowy zawierający nitroguanidynę.
Kordyt
Kordyt – rodzaj prochu bezdymnego, stosowany jako materiał miotający[a]. Został wynaleziony przez Fredericka Abla oraz Jamesa Dewara w 1889 roku.
Główne składniki kordytu to nitroceluloza o wysokiej zawartości azotu (12,9–13,3%) oraz nitrogliceryna, która rozpuszcza nitrocelulozę i ją żeluje. Dodatkowo dodaje się plastyfikatory, substancje flegmatyzujące, konserwujące i stabilizujące. Do zmiękczenia (dokończenia procesu żelatynizacji) tak powstałej dość twardej, mało plastycznej masy prochowej stosuje się lotny rozpuszczalnik – aceton, co odróżnia prawdziwy kordyt od zwykłego prochu bezdymnego (nitrocelulozowego), gdzie stosuje się mieszaninę eteru z alkoholem.
Kordyt produkowano i stosowano głównie w Wielkiej Brytanii, szczególnie podczas II wojny światowej, jako proch do broni artyleryjskiej. Typowy kordyt zawiera ok. 58% nitrocelulozy, ok. 30% nitrogliceryny, ok. 3% centralitu, ok. 5,5% dinitrotoluenu, ok. 2% wazeliny i ok. 0,5% wody. Do zmiękczania kordytu dodawano ok. 0,8%-1,5% acetonu, który po nadaniu odpowiedniego kształtu ziarnu prochowemu, powolnie usuwano - utwardzając tym samym proch i utrwalając jego strukturę. Obecnie jego znaczenie jako materiału miotającego znacznie zmalało na rzecz balistytów.