Czarny Proch

Przedstawiam historię wynalazku, który totalnie odmienił oblicze pola walki.

     Księgi pochodzące ze środkowego okresu dynastii Tang (618-907 n.e.) wzmiankują używanie czarnego prochu do wytwarzania sztucznych ogni i petard. Pierwsze aplikacje militarne miały miejsce w czasach późnej dynastii Tang. W czasach Północnej dynastii Song (960-1127) stosowano już na szeroką skalę rakiety, działa i bomby.

    Proch czarny należy do materiałów wybuchowych o małej mocy i plasuje się między materiałami wybuchowymi miotającymi a kruszącymi, gdyż w zależności od stopnia gęstości, warunków reakcji chemicznej oraz sposobu inicjowania może się wolno palić lub wybuchać z prędkością rzędu setek.

  Właściwszym zapisem (uproszczonym) spalania czarnego prochu 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.

    Prochu czarnego używano go również w Indiach, Persji i Arabii. W czasach wypraw krzyżowych wiadomości o czarny proch dotarł do Europy, gdzie w XIII w. przeprowadzono z nim pierwsze doświadczenie zakończone powodzeniem.    

    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.

    Produkuje się go w postaci nieregularnych ziaren prochowych różnych rozmiarów (w zależności od przeznaczenia), koloru szaroczarnego o metalicznym połysku oraz gęstości od 1,5  1,93 g/cm. Jest to mieszanina higroskopijna, zapalająca się z trudem przy zawartości 2% wilgoci, natomiast przy 15% wilgoci traci zupełnie zdolność zapalania się. Jest wyjątkowo wrażliwy na działanie iskry oraz uderzenie. Produkowano dwie odmiany prochu czarnego, początkowo ręcznie, a następnie używając do tego celu urządzeń - młynów prochowych napędzanych siłą wodną -gruby do nabojów oraz miałki na podsypkę do panewek.    

Receptura

    Później, przy wytwarzaniu czarnego prochu z saletry, siarki i węgla drzewnego, także posługiwano się tą formułą. Czary proch wydziela przy spalaniu duże ilości gazów : ok. 280 litrów gazów z 1 kg prochu.

W różnych źródłach średniowiecznych podane są różne proporcje prochu, odzwierciedlające proces powolnego dobierania proporcji składników. I tak na przykład zawartość saletry waha się od 41,2% do 80%, siarki od 10% do 33,5% a węgla drzewnego od 10% do 34,5%, jednak już pod koniec XIV w. pojawia się przepis zbliżony do idealnego - 71% / 12,9% / 16,1%.

    Inne proporcje

    W późniejszym okresie (przełom XV i XVI wieku) znowu zaczynają się pojawiać inne proporcje, ale wiąże się to z rosnącą specjalizacją prochu. I tak na przykład pojawia się proch "zwykły", zwany też "armatnim" (62,5%/18,75%/18,75%), proch "mocny", zwany też "muszkietowym" (77,7%/11,15%/11,15%) i proch "bardzo silny" (80%/10%/10%), używany głównie w bombach i innych ładunkach wybuchowych. Taka specjalizacja była niezbędna, gdyż proch "muszkietowy" użyty w armacie przeważnie rozrywał jej lufę, a proch "armatni" użyty w muszkiecie wyrzucał kulę zaledwie na kilka metrów.

    W okresie od 1225 do 1248 bronie prochowe rozprzestrzeniły się na Arabię i Europę. Jako że głównym składnikiem prochu jest biała saletra, Arabowie nazwali proch "Chińskim Śniegiem" i "Chińską solą". W Europie pierwszą wzmiankę o prochu datuje się na 1267 rok, w którym niejaki Roger Bacon opisuje metodę jej uzyskania. Charakter wzmianki wskazuje, że już w tym czasie proch był znany i szeroko stosowany. Drogi, którymi ta wiedza zawędrowała pod europejskie strzechy, także nie znamy. Jedni uważają, że pomogła w tym wymiana handlowa z Bliskim Wschodem, inni, że "sekret alchemików" przywiózł do Wiednia Marco Polo ze swej słynnej wyprawy do Chin w latach 1271-1292. Jeszcze inni twierdzą, że Europejczycy sami do niej doszli. W tym kontekście wymienia się zwłaszcza nazwiska Rogera Bacona i Bertholda Schwarza, mnicha z Freiburga, od którego nazwiska ("Czarny") autorzy niemieckojęzyczni wywodzą nazwę "czarny proch". Nazwa ta może jednak pochodzić także od koloru, jaki przybiera sama gotowa mieszanka :

• 75 % saletry potasowej,
• 15 % siarki,
• 10 % węgla drzewnego,

.

Lub idealna receptura:

• 74,64% saletry potasowej,
• 11,85% siarki,
• 13,51% węgla drzewnego,

    Proporcje składników prochu czarnego podał Marin Bielski w swej pracy Sprawa rycerska, wydanej w 1569 r.: 5 części saletry, 1,5 węgla, 1,5 siarki, 6 części saletry, 1 węgla, 1 siarki; 7 części saletry, 1 węgla, 1 siarki, 8 części saletry, 1 węgla, 1 siarki. Proporcje zależały od jakości saletry -im lepsza, tym mniejszy procent stanowiła w prochu czarnym. Pierwsza z podanych przez Bielskiego proporcji jest najbliższa znanemu składowi prochu.

        Doświadczenia prowadzone z tą mieszanką doprowadziły w końcu do odkrycia, że w razie umieszczenia substanitrocelulozyji w zamkniętej z jednej strony rurce i podpalenia, ciało umieszczone w rurce ponad ładunkiem wyrzucane jest z dużą siłą, pełniąc rolę pocisku. Odkrycie to stało się punktem wyjścia do rozwoju broni palnej wszelkich typów. Do dziś, mimo upływu setek lat i rewolucyjnych zmian w technice i technologii, istota działania broni palnej jest w zasadzie taka sama.

      Siła prochu w dużym stopniu zależała też od jakości surowców, użytych przy produkcji metod oczyszczania i rozdrabniania surowców oraz metod "wzmacniania prochu". Siarkę, która często bywa zanieczyszczona domieszką ałunu, oczyszczano i "wzmacniano" za pomocą rtęci i alkoholu. Węgiel drzewny jako jedyny praktycznie nie potrzebował oczyszczania, natomiast musiał być wykonany z miękkiego drewna bez sęków, gdyż użycie węgla drzewnego z twardego drewna dawało w efekcie bardzo słaby proch. Saletra natomiast w stanie naturalnym bywa mocno zanieczyszczona różnymi osadami. W celu oczyszczenia saletry średniowieczny przepis każe ją rozpuścić, ogrzać i wielokrotnie przecedzać:

     W Polsce pierwsza wzmianka o stosowaniu Proch czarny oraz broni palnej (artylerii) znajduje się w Statucie Wiślickim wydanym przez Kazimierza Wielkiego w 1347 r. W 1410 r. w bitwie pod Grunwaldem działa krzyżackie i polskie ładowano Proch czarny i miotały one kule kamienne. Istniało wiele receptur na uzyskanie Proch czarny pilnie strzeżonych przez mistrzów puszkarskich.

    W niektórych ośrodkach (np. Poznań) funkcje młyna prochowego i zbożowego spełniał ten sam młyn, w innych powstawały młyny produkujące wyłącznie proch (Augsburg 1340, Norymberga 1356, Lwów 1483, Kraków ~1500 - widać tu ponad 100 lat opóźnienia w powstawaniu takich wyspecjalizowanych młynów prochowych w Polsce). Poza tym istniały też małe, przewoźne młyny prochowe (prawdopodobnie obsługiwane ręcznie) na potrzeby wypraw wojennych. Zastosowanie młynów do produkcji prochu pozwoliło znacznie zmniejszyć czas potrzebny na przygotowanie prochu, jak i spowodowało podniesienie jego jakości poprzez dokładniejsze zmielenie. Po zmieleniu składniki prochu po prostu mieszano ze sobą.

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.

    Ciągły rozwój technik produkcji prochu, razem ze zmniejszeniem cen surowców (głównie spowodowanym wykorzystaniem surowców rodzimych zamiast importowanych), spowodował stopniowe zmniejszanie się ceny prochu. W 1391 roku kamień prochu (~10,4kg), kosztował 156 groszy - nie była to mała kwota, dla porównania kucharz zarabiał 6 groszy tygodniowo, a za kwotę 156 groszy można było kupić: 5 krów lub 160 gęsi albo 14 par dobrych butów. Takie ceny powodowały, że ciężkie bombardy, które potrzebowały na 1 strzał od 1 kamienia (bombarda bolesławiecka) do 5 kamieni (świdnicka "Świnia") prochu były bardzo drogim przedsięwzięciem i częściej pełniły rolę oznaki bogactwa ich właścicieli niż faktycznie były używane w walce. Jednak w roku 1472 kamień prochu kosztował już tylko 46 groszy. Widać tu ponad trzykrotny spadek ceny, co przyczyniło się do szerszego upowszechnienia broni palnej i coraz częstszego jej wykorzystywania.

    Proch bezdymny, biały, balistyt, kordyt :

      Proch nitrocelulozowy jest głównym składnikiem używanych obecnie mieszanek materiałów wybuchowych, określanych wspólnie mianem prochów bezdymnych. Podstawowe zalety prochu szarego w porównaniu z prochem czarnym: duża ilość spalin (gazów prochowych) w stosunku do masy prochu, ok. 3 razy więcej niż z prochu czarnego; mała ilość osadów, co zmniejsza problem zanieczyszeń przewodu lufy broni; stosunkowo powolne spalanie, co zmniejsza ciśnienie w lufie; dość trudny zapłon, co podnosi bezpieczeństwo produkcji i wykorzystania tego materiału.

Proch nitrocelulozowy (wbrew powszechnej opinii) nie detonuje, bowiem nie zamknięty w obudowie rozprasza się szybciej, niż zapala, a zatem nie dochodzi do kumulacji spalin prochowych. Aby uzyskać efekt wybuchu trzeba zamknąć proch w obudowie. Wtedy, dzięki tym samym własnościom, powstaje w prochu regularna fala wybuchu, która pozwala na precyzyjne kontrolowanie całego zjawiska.

Bezdymny - kordyt

    Kordyt to rodzaj prochu nitroglicerynowego, wynaleziony przez Fredericka Abela oraz Jamesa Dewara w 1889 r. Przy wyrobie kordytu do żelowania nitrocelulozy o wysokiej zawartości azotu (12,9-13,5%) stosuje się, oprócz nitrogliceryny, rozpuszczalniki lotne - aceton lub mieszaninę eteru z alkoholem. Kordyt produkowano i stosowano głównie w Wielkiej Brytanii jako proch do broni strzeleckiej i artyleryjskiej. Typowy kordyt składa się w 58% z nitrocelulozy, ok. 30% nitrogliceryny, ok. 3% centralitu, ok. 7,5% dinitrotoluenu, ok. 1% wazeliny i ok. 0,5% wody w postaci wilgoci. Obecnie przestarzały, nie produkowany.

Na zakończenie wypada dodać, że proch czarny był używany przez cały okres od jego wynalezienia aż po dzień dzisiejszy, gdzie cały czas jest wykorzystywany między innymi w pirotechnice. Dzisiejsze środki wybuchowe są wielokrotnie mocniejsze od prochu i praktycznie wyparły go z użycia wojskowego, ale to właśnie proch był tym środkiem, który zapoczątkował rozwój nowoczesnych materiałów wybuchowych. Wynalazek prochu (i zastosowanie go w broni palnej) powoli ale skutecznie zmienił technikę wojskową, powodując zanik zbroi piechoty i kawalerii i zaprzestanie budowy kamiennych zamków. Zapotrzebowanie na mocne lufy spowodowało znaczny rozwój metalurgii, a próby ulepszania prochu lub zastąpienia go innymi środkami wydatnie przyczyniły się do powstania chemii. Tak więc wynalazek prochu trwale wpisał się w historię ludzkości.

Bibliografia:

• Wikipedia

• http://www.dobroni.pl
• Początki broni palnej - J.Szymczak