粉末。发明和生产的历史

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粉末。发明和生产的历史

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火药是一种多组分固体爆炸性混合物，能够在没有外部氧气进入的情况下在平行层中规则燃烧，释放大量热能和气态产物，用于投掷射弹、火箭运动和其他用途。火药属于推进剂炸药类别。

火药的发明及其在欧洲的分布对人类随后的整个历史产生了巨大的影响。尽管欧洲人是最后一个学会如何制造这种爆炸性混合物的文明民族，但他们能够从它的发现中获得最大的实际利益。火器的迅速发展和军事革命是火药传播的第一个后果。这反过来又导致了最深刻的社会变革：穿着盔甲的骑士和他们坚不可摧的城堡在大炮和火绳枪的火力面前无能为力。

粉

封建社会受到了无法再恢复的打击。在很短的时间内，许多欧洲大国克服了封建分裂，变成了强大的中央集权国家。科技史上很少有发明能带来如此宏大而深远的变革。

火药在西方尚未为人所知之前，它在东方已经有很长的历史，是中国人发明的。硝石是火药最重要的成分。在中国的一些地区，它以原生形式被发现，看起来像粉化地面的雪片。后来发现硝石是在富含碱和腐烂（供氮）物质的地区形成的。生火时，中国人可以观察到在用煤燃烧硝石时产生的闪光。

XNUMX世纪和XNUMX世纪之交的中国医师陶弘景首次描述了硝石的特性。从那时起，它就被用作一些药物的成分。炼金术士在进行实验时经常使用它。公元 XNUMX 世纪，其中一位孙思邈调制了硫磺和硝石的混合物，并在其中加入了几株槐树。在坩埚中加热这种混合物时，他突然收到了猛烈的火焰闪光。他在他的论文《丹经》中描述了这种经历。据信，孙思邈制备了最早的火药样品之一，但当时还没有很强的爆炸效果。随后，其他炼金术士改进了火药的成分，他们通过实验确定了火药的三种主要成分：煤、硫磺和硝酸钾。

中国古代火箭

中世纪的中国人无法科学地解释火药被点燃时会发生什么样的爆炸反应，但他们很快就学会了将其用于军事目的。诚然，在他们的生活中，火药根本没有后来对欧洲社会产生的革命性影响。这是因为大师们长期以来一直在用未精制的成分制备粉末混合物。同时，含有外来杂质的粗硝石和硫磺没有产生强烈的爆炸效果。

几个世纪以来，火药被专门用作燃烧剂。后来，随着质量的提高，火药开始被用作制造地雷、手榴弹和炸药的炸药。但即使在那之后，很长一段时间他们都没有猜测使用火药燃烧过程中产生的气体的力量来投掷子弹或核心。直到十二至十三世纪，中国人才开始使用与火器非常相似的武器，但他们发明了鞭炮和火箭。

阿拉伯人和蒙古人从中国人那里得知了火药的秘密。 1220世纪上半叶，阿拉伯人在烟火方面取得了高超的技艺。他们在许多化合物中使用硝石，将其与硫磺和煤混合，在其中添加其他成分，制作出令人惊叹的美丽烟花。从阿拉伯人那里，粉末混合物的成分就为欧洲炼金术士所知。其中之一，希腊人马克，早在 6 年就在他的论文中写下了火药配方。 1 份硝石对 1 份硫和 XNUMX 份煤。后来，罗杰·培根（Roger Bacon）相当准确地写下了火药的成分。然而，大约一百年后，这个食谱才不再是秘密。火药的第二次发现与另一位炼金术士弗莱堡修道士 Berthold Schwartz 的名字有关。有一次，他开始在研钵中研磨硝石、硫磺和煤的粉碎混合物，结果发生了爆炸，烧焦了 Berthold 的胡须。这种或另一种经历使 Berthold 产生了利用粉末气体的力量投掷石块的想法。据信，他制造了欧洲第一批火炮之一。

要了解枪支的工作原理，至少必须笼统地想象一下粉末团中会发生什么化学反应。如果粉末混合得很好并且准备得当，一个火花就足以点燃它。事实是，当加热到300度以上时，硝石开始释放它的氧气，并把它给与它混合的物质，即氧化或燃烧它们。

火药中的煤起到燃料的作用，提供所需体积的高温气态产品。有鉴于此，硝石和煤炭本身已经形成了炸药。添加硫是因为它有助于形成更多的热量并促进火药的点燃（硫已经在 250 度时点燃，而煤仅在 350 度时点燃）。这种混合物的任何部分一旦着火，燃烧就会以惊人的速度蔓延，因为一旦开始，它就不需要更多的空气，并形成大量的高温气体。强大的气体向四面八方膨胀，形成爆炸的效果。因此，燃烧在混合物内部和其表面上均等地扩散。火药燃烧过程中发生的反应可以用下式近似描述：

其中 K2S 是燃烧的固体残渣，CO2 和 N2 是气体。火药的经典成分：硝石 - 75%，煤 - 15%，硫磺 - 10%。该组合物产生最高的气体产率。但即使在这里，也只有大约 40% 的粉末在其中循环。其余的是固体燃烧产物。它们以烟灰的形式沉积，或者在以浓烟云的形式发射时被拉出。

在发现 Berthold Schwartz 后不久，火药就已经被广泛使用，并且是在欧洲最偏远的角落制造的。混合物的每一种成分都需要特殊准备。火药用煤是通过在没有空气通道的特殊铁罐中燃烧一棵桤木树获得的。天然硫通过熔化除去杂质。一段时间以来，硝石都是从东方进口的。然后他们发现，如果创造了适当的条件，它是可以人工获得的。

自十四世纪末以来，硝石的生产已在意大利和德国建立。它是从以前用硝石溶液润湿的地窖墙壁中提取的，或者从装满酒石、石灰、盐和饮用葡萄酒的人的尿液的管道中提取。得到的硝石用酒和醋沉淀。这是最昂贵的组件。因此，他们甚至试图从变质、浸泡过的火药中提取硝石。为此，火药在醋中煮沸。在此操作过程中，煤上浮，硫沉淀，硝石溶解。然后将其从溶液中蒸发。

火药的质量很大程度上取决于其成分混合的完全和均匀程度。为了使物质更好地混合，它们经过强力研磨。火药最初是一种细粉状粉末。使用起来很不方便，因为在给枪支和火绳枪充电时，粉末浆会粘在枪管壁上。最后，人们注意到块状粉末更方便——它很容易装载，并且在点燃时会释放出更多的气体（2 磅块状粉末比 3 磅纸浆产生更大的影响）。

XNUMX世纪上半叶，为了方便起见，他们开始使用谷物火药，这种火药是通过将粉末浆（含酒精和其他杂质）揉成面团，然后通过筛子获得的。为了使谷物在运输过程中不会磨损，他们学会了如何打磨它们。为此，它们被放置在一个特殊的滚筒中，在旋转过程中，谷物相互碰撞、摩擦并压实。加工后，它们的表面变得光滑有光泽。

作者：Ryzhov K.V.

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