باروت و پودر سیاه

باروت یا پودر سیاه اهمیت تاریخی زیادی در شیمی دارد. اگرچه می تواند منفجر شود، اما کاربرد اصلی آن به عنوان پیشران است. باروت توسط کیمیاگران چینی در قرن نهم اختراع شد. در اصل از مخلوط کردن گوگرد عنصری، زغال چوب و نمک (نیترات پتاسیم) ساخته می شد. زغال چوب به طور سنتی از درخت بید به دست می آمد، اما از درخت انگور، فندق، سنجد، لورل و مخروط کاج نیز استفاده می شد. زغال چوب تنها سوختی نیست که می توان از آن استفاده کرد. شکر به جای آن در بسیاری از کاربردهای آتش نشانی استفاده می شود.
وقتی مواد به دقت با هم آسیاب شدند، نتیجه نهایی پودری بود که به آن «سرپانتین» می گفتند. مواد اولیه قبل از استفاده نیاز به مخلوط کردن مجدد دارند، بنابراین ساختن باروت بسیار خطرناک بود. افرادی که باروت درست می کردند گاهی آب، شراب یا مایع دیگری را برای کاهش این خطر اضافه می کردند، زیرا یک جرقه می تواند منجر به آتش سوزی دود شود. هنگامی که سرپانتین با مایعی مخلوط شد، می‌توان آن را از طریق یک صفحه فشار داد تا گلوله‌های کوچکی تولید شود که سپس اجازه داده شد تا خشک شوند.

باروت چگونه کار می کند
به طور خلاصه، پودر سیاه از یک سوخت (زغال چوب یا شکر) و یک اکسید کننده (نیتر نمک یا نیترات) و گوگرد تشکیل شده است تا امکان واکنش پایدار را فراهم کند. کربن حاصل از زغال چوب به علاوه اکسیژن، دی اکسید کربن و انرژی را تشکیل می دهد. واکنش کند خواهد بود، مانند آتش چوب، به جز عامل اکسید کننده. کربن موجود در آتش باید اکسیژن هوا را جذب کند. نمک به کار رفته، اکسیژن اضافی را فراهم می کند. نیترات پتاسیم، گوگرد و کربن با هم واکنش می دهند و گازهای نیتروژن و دی اکسید کربن و سولفید پتاسیم را تشکیل می دهند. گازهای در حال انبساط، نیتروژن و دی اکسید کربن، عمل رانش را فراهم می کنند.
باروت دود زیادی تولید می کند که می تواند دید در میدان جنگ را مختل کند یا دید آتش بازی را کاهش دهد. تغییر نسبت مواد تشکیل دهنده بر سرعت سوختن باروت و میزان دود تولید شده تأثیر می گذارد.

تفاوت بین باروت و پودر سیاه
در حالی که پودر سیاه و باروت سنتی هر دو ممکن است در سلاح گرم استفاده شوند، اصطلاح "پودر سیاه" در اواخر قرن نوزدهم در ایالات متحده معرفی شد تا فرمول های جدیدتر را از باروت سنتی متمایز کند. پودر سیاه دود کمتری نسبت به فرمول باروت اصلی تولید می کند. شایان ذکر است که پودر سیاه اولیه در واقع به رنگ مایل به سفید یا خرمایی بود، نه سیاه!

زغال در مقابل کربن در باروت
کربن آمورف خالص در باروت استفاده نمی شود. زغال چوب در حالی که حاوی کربن است، حاوی سلولز ناشی از احتراق ناقص چوب نیز می باشد. این به زغال چوب دمای اشتعال نسبتاً پایینی می دهد. پودر سیاه ساخته شده از کربن خالص به سختی می سوزد.

ترکیب باروت
هیچ "دستور العمل" واحدی برای باروت وجود ندارد. این به این دلیل است که تغییر نسبت مواد تشکیل دهنده اثرات متفاوتی ایجاد می کند. پودر مورد استفاده در سلاح گرم برای شتاب دادن سریع پرتابه باید با سرعتی سریع بسوزد. از سوی دیگر، فرمولاسیونی که به عنوان پیشران موشک استفاده می شود، باید آهسته تر بسوزد زیرا بدنه را در مدت زمان طولانی شتاب می دهد. کانن نیز مانند موشک از پودری با سرعت سوختن کمتر استفاده می کند.
در سال 1879، فرانسوی ها باروت را با استفاده از 75% نمک نیترات، 12.5% گوگرد و 12.5% زغال چوب تهیه کردند. در همان سال، انگلیسی ها از باروت ساخته شده از 75% نمک نیترات، 15% زغال چوب و 10% گوگرد استفاده کردند. یک فرمول موشک شامل 62.4٪ نمک، 23.2٪ زغال چوب و 14.4٪ گوگرد بود.

اختراع باروت
مورخان بر این باورند که منشأ باروت چین است. در ابتدا از آن به عنوان آتش زا استفاده می شد. بعداً از آن به عنوان پیشران و مواد منفجره استفاده شد. هنوز مشخص نیست که دقیقا چه زمانی باروت راهی اروپا شد. اساساً این به این دلیل است که تفسیر سوابق توصیف استفاده از باروت دشوار است. سلاحی که دود تولید می کند ممکن است از باروت استفاده کرده باشد یا از فرمول دیگری استفاده کرده باشد. فرمول هایی که در اروپا مورد استفاده قرار گرفتند، دقیقاً با فرمول های مورد استفاده در چین مطابقت داشتند، که نشان می دهد این فناوری پس از توسعه معرفی شده است.