مقایسه باروت و نیتروسلولز

باروت، متشکل از چندین مخلوط کم انفجار که به عنوان بارهای پیشران در تفنگ ها و به عنوان عامل انفجار در معادن استفاده می شود. در واقع اولین ماده منفجره باروت بود که از مخلوطی از نمک (نیترات پتاسیم)، گوگرد و زغال چوب تشکیل شده است. هنگامی که تقریباً به نسبت صحیح (75 درصد نمک، 15 درصد زغال چوب و 10 درصد گوگرد) تهیه می شود، در هنگام احتراق سریع می سوزد و تقریباً 40 درصد گاز و 60 درصد محصولات جامد تولید می کند که دومی عمدتاً به صورت دود سفید رنگ ظاهر می شود. در یک فضای محدود مانند بریچ اسلحه، می توان از گاز بسته شده برای به جلو راندن گلوله یا توپ استفاده کرد. باروت نسبتاً به ضربه و اصطکاک حساس نیست و باید با شعله یا حرارت مشتعل شود. اگرچه باروت به‌عنوان پیشرانه مهمات در تفنگ‌ها تا حد زیادی با پودر بدون دود جایگزین شده است، باروت هنوز به طور گسترده برای خرج‌های اشتعال، پرایمرها، فیتیله ها و بارهای شلیک خالی در مهمات نظامی استفاده می‌شود. با نسبت‌های متنوعی از مواد تشکیل دهنده، همچنین در آتش‌بازی، فیتیله های زمانی، سیگنال‌ها و ... برای بمب‌های تمرینی استفاده می‌شود.

گمان می رود که باروت در چین به وجود آمده باشد، جایی که در قرن دهم در آتش بازی ها و سیگنال ها استفاده می شد. بین قرن‌های 10 و 12، چینی‌ها هوو چیانگ ("نیش آتش") را توسعه دادند، یک اسلحه اولیه کوتاه برد که قدرت انفجار باروت را از طریق یک سیلندر - در ابتدا، یک لوله بامبو - هدایت می‌کرد. پس از اشتعال، پرتابه هایی مانند فلش یا تکه های فلز به همراه یک شعله چشمگیر به زور به بیرون پرتاب می شوند. در اواخر قرن سیزدهم، چینی ها از تفنگ های واقعی، ساخته شده از برنج یا آهن استفاده می کردند. در سال 1304 اسلحه در غرب ظاهر شد، زمانی که اعراب یک لوله بامبو تقویت شده با آهن تولید کردند که از باروت برای پرتاب یک تیر استفاده می کرد. باروت از قرن چهاردهم برای استفاده در سلاح گرم در اروپا به کار گرفته شد، اما تا اواخر قرن هفدهم برای اهداف صلح آمیز مانند معدن و جاده سازی استفاده نمی شد. این ماده تا اوایل قرن بیستم یک ماده منفجره مفید برای شکستن ذخایر زغال سنگ و سنگ باقی ماند، زمانی که به تدریج با دینامیت برای اکثر اهداف معدن جایگزین شد.

تهیه باروت از مواد جامد نیاز به اختلاط و ترکیب یکنواخت نیترات پتاسیم، زغال چوب و گوگرد دارد. اولین فرآیندهای تولید از روش های دستی استفاده می کردند. این مواد به سادگی با استفاده از هاون به صورت پودر در آمدند. در آغاز قرن پانزدهم، دستگاه‌های خرد کن چوبی که مهرهای چوبی نامیده می‌شوند، برای آسیاکردن مواد مورد استفاده قرار گرفتند و دستگاه‌های سنگ شکن فلزی با نیروی موتور جایگزین آسیابهای چوبی در قرن نوزدهم شدند.

از آنجایی که سوزاندن باروت یک پدیده سطحی است، دانه بندی ریز سریعتر از دانه درشت می سوزد. سرعت سوزاندن سریع از نظر بالستیک موثر است، اما تمایل به ایجاد فشار بیش از حد در لوله تفنگ دارد. بنابراین، باروت به شکل پودر آن خیلی سریع می سوزد که نمی تواند یک پیشرانه ایمن در سلاح های گرم باشد. برای رفع این مشکل، اروپایی ها در قرن 15 و 16 شروع به تولید پودر در دانه های درشت با اندازه یکنواخت کردند. سرعت سوختن را می توان با استفاده از اندازه های مختلف گرانول تغییر داد. در قرن نوزدهم، هنگامی که پرتابه‌های دراز جایگزین توپ‌های گرد شدند و تفنگ لوله‌های تفنگ برای چرخاندن و تثبیت پرتابه به کار گرفته شد، پودرهای سیاه برای سوختن حتی آهسته‌تر ساخته شدند. در دهه 1850، توماس جی رادمن از ارتش ایالات متحده، دانه‌های باروت رنگی را به شکلی تولید کرد که با پیشروی احتراق، سطح سوزاندن تدریجی بیشتری را فراهم می‌کرد و در نتیجه حداکثر انرژی را پس از شروع حرکت پرتابه در سوراخ تفنگ ایجاد می‌کرد. .

در آغاز دهه 1860، باروت به تدریج برای استفاده در سلاح گرم با پنبه و دیگر اشکال پایدارتر نیتروسلولز جایگزین شد. بر خلاف باروت که در اثر واکنش های شیمیایی مواد تشکیل دهنده اش می سوزد، نیتروسلولز یک ترکیب ذاتاً ناپایدار است که با تجزیه سریع می سوزد و گازهای داغ تشکیل می دهد. برخلاف باروت، تقریباً تمام گاز را در هنگام احتراق تولید می کند و نام پودر بدون دود را برای خود به ارمغان می آورد. همچنین بر خلاف باروت، نیتروسلولز به تدریج می سوزد و با ادامه احتراق فشار گاز بیشتری ایجاد می کند. این منجر به افزایش سرعت پوزه (برای پرتابه) و فشار کمتری بر اسلحه گرم می شود.

نیتروسلولز از نیتراسیون الیاف سلولزی مانند پنبه یا خمیر چوب با اسیدهای نیتریک و سولفوریک تولید می شود. تکنیک‌های اولیه تولید اغلب در حذف تمام آثار اسیدهای باقی‌مانده از نیتروسلولز ناموفق بودند، که سپس تجزیه خودبه‌خودی غیرقابل پیش‌بینی و منجر به انفجار می‌شد. در دهه 1880 شیمیدانان اروپایی شروع به اضافه کردن تثبیت کننده های ویژه برای خنثی کردن اسیدهای باقیمانده و سایر عوامل تجزیه در نیتروسلولز کردند. محصول پایدار و قابل اعتماد حاصل، که به عنوان پودر بدون دود شناخته می شود، در دهه های بعد به طور گسترده در انواع تفنگ ها مورد استفاده قرار گرفت و جایگزین باروت به عنوان خرج توپخانه و مهمات سلاح های کوچک شد. (با این حال، باروت همچنان برای احتراق خرج پیشران [بدون دود] در توپخانه های بزرگ استفاده می شود.)

پیشرانه های نیتروسلولزی دود و فلاش بسیار کمتری نسبت به باروت تولید می کنند و کار مکانیکی بسیار بیشتری را در واحد وزن ارائه می دهند. از دیگر مزایای آن می‌توان به پایداری بهبود یافته آن در انبار، کاهش اثرات فرسایشی آن بر سوراخ‌های تفنگ، و کنترل بهبود یافته روی سرعت سوختن آن اشاره کرد.

اکثر اشکال باروت تولید شده امروزه یا تک پایه (یعنی متشکل از نیتروسلولز به تنهایی) یا دو پایه (شامل ترکیبی از نیتروسلولز و نیتروگلیسیرین) هستند. هر دو نوع با پلاستیک سازی نیتروسلولز با حلال های مناسب، غلتاندن آن به ورقه های نازک و برش دادن ورق ها به صورت مربع های کوچک به نام گرانول یا دانه تهیه می شوند و سپس خشک می شوند.