Порох

По́рох — многокомпонентная твёрдая «взрывчатая» (бризантным веществом не являющаяся) смесь, способная к закономерному горению параллельными слоями, без доступа кислорода извне, с выделением большого количества тепловой энергии и газообразных продуктов, используемых для метания снарядов, движения ракет и в других целях.

Порох относят к классу метательных взрывчатых веществ.

История

История появления и развития производства и использования энергетических материалов, способных к относительно быстрому выделению энергии за счет различных химических реакций, объёмна, неоднозначна и во многом противоречива. И с технологической, и с лексической стороны значение термина «порох» не может быть определено в исторической перспективе сколько-нибудь однозначно. С точки зрения сложившихся в XX-ом веке представлений о порохах как о специфическом виде высокоэнергетических физико-химических систем, первым представителем порохов веществ был дымный порох — механическая смесь селитры, угля и серы, обычно в процентном соотношении 75/15/10. Существует устойчивое мнение среди представителей гуманитарных наук (историков, востоковедов, лингвистов) о том, что подобные составы появились ещё в древности и применялись главным образом в качестве зажигательных и разрушительных средств. С другой стороны, учёные-специалисты в технологии и применении высокоэнергетических веществ и составов выражают значительный скепсис в вопросах изготовления и применения порохов в древности.

Многие авторы считают, что существуют надёжные многочисленные свидетельства, что порох был изобретён в Китае. К середине первого века нашей эры селитра была известна в Китае и есть убедительные доказательства использования селитры и серы в различных комбинациях в основном для приготовления лекарствBuchanan. «Editor’s Introduction: Setting the Context», in .. Китайский алхимический текст Тао Хунцзина "Бэньцао цзин цзичжу " («Фармакопея с подборкой комментариев», )Цитата из этой книги: 強燒之，紫青煙起，仍成灰。不停沸如朴硝，雲是真硝石也。См. в разделе «硝石» , датированный 492 годом, описывает практический и надёжный способ отличить калийную селитру от других неорганических солей, служащий алхимикам для оценки и сравнения методов очистки — при сжигании калийной селитры образуется фиолетовое пламя. Древние арабские и латинские способы очистки селитры опубликованы после 1200 года. Первое упоминание о напоминающей порох смеси появилось в «Тайшан шэнцу даньцзин мицзюэ» авторства Цин Сюцы (около 808 года) — описывается процесс смешивания шести частей серы, шести частей селитры на одну часть кирказона (травы, которая обеспечивала смесь углеродом). Первым описанием зажигательных свойств таких смесей является Чжэньюань мяодао яолюэ — даосский текст предварительно датируемый серединой IX века нашей эры: «Некоторые нагревали вместе серу, реальгар и селитру с мёдом — в результате возникали дым и пламя, так что их руки и лица были сожжены, и даже весь дом, где они работали, сгорел». Китайское слово «порох» (кит. трад. 火藥, кит. упр. 火药, пиньинь huǒyào, буквально «Огонь медицины») вошло в употребление через несколько веков после открытия смеси. Таким образом, в IX веке даосские монахи и алхимики в поисках эликсира бессмертия по случайности наткнулись на порох «Without doubt it was in the previous century, around +850, that the early alchemical experiments on the constituents of gunpowder, with its self-contained oxygen, reached their climax in the appearance of the mixture itself.» «With its ninth century AD origins in China, the knowledge of gunpowder emerged from the search by alchemists for the secrets of life, to filter through the channels of Middle Eastern culture, and take root in Europe with consequences that form the context of the studies in this volume.». Вскоре китайцы применили порох для развития оружия: в последующие века они производили различные виды порохового оружия, включая огнеметыNeedham, Volume 5, Part 7, 83, ракеты, бомбы, примитивные гранаты и мины, прежде чем было изобретено огнестрельное оружие, использующее энергию пороха для метания снарядов «The earliest known formula for gunpowder can be found in a Chinese work dating probably from the 800s. The Chinese wasted little time in applying it to warfare, and they produced a variety of gunpowder weapons, including flamethrowers, rockets, bombs, and land mines, before inventing firearms.».

Уцзин цзунъяо () — китайский военный трактат, созданный в 1044 году при династии Северная Сун, составленный известными учёными Цзэн Гунлян, Дин Ду и Ян Вэйдэ, труд является первым в мире манускриптом, в котором приведены рецепты пороха, даёт описание различных смесей, в состав которых включены продукты нефтехимии, а также чеснок и мёдEbrey, 138.. Среди прочего упоминаются способы замедления горения пороха для создания фейерверков и ракет — если смесь не содержит достаточного для создания взрыва количества селитры (максимально количество селитры уменьшается на 50 %), то она просто горит. Вместе с тем, Собрание наиболее важных военных методов написано чиновником во времена династии Сун и нет достаточных свидетельств того, что он имел непосредственное отношение к военным действиям. Также нет никаких упоминаний применения (использования) пороха в летописях, описывающих войны Китая против тангутов в XI веке. Впервые опыт применения «Огненного копья» упоминается при описании осады Дэаня в 1132 году.

Различие мнений и гипотез исследователей истории техники и технологии не позволяют утверждать о наличии научного консенсуса о том, что порох был изобретён в Китае и затем распространился по Ближнему Востоку, а позже попал в ЕвропуBuchanan (2006), p. 2. Возможно, это было сделано в IX веке, когда алхимики искали эликсир бессмертия. Его появление привело к изобретению фейерверков и ранних образцов огнестрельного оружия. Распространение пороха в Азии из Китая в значительной степени приписывается монголам. Гипотетически, порох попал в Европу через несколько веков. Однако существуют споры о том, насколько китайский опыт применения пороха в боевых действиях повлиял на поздние достижения на Ближнем Востоке и в странах ЕвропыSt. C. Easton: «Roger Bacon and his Search for a Universal Science», Oxford (1962).

Вероятно, первой в истории научной работой, подробно раскрывшей процесс очищения калиевой селитры (нитрата калия) и описавшей способы приготовления чёрного пороха в правильном количественном соотношении для получения взрыва, была книга ученого мамлюкского султаната . Работы по синтезу взрывоопасного пороха Хасаном эр-Раммахом дали толчок к развитию пушек и ракет. Это позволило мамлюкам Египта стать одними из первых, кто стал применять пушки в военном деле регулярно.

Изготовление калиевой селитры требует разработанных технологических приёмов, которые появились лишь с развитием химии в XV—XVI веках и получением Глаубером азотной кислоты в 1625 году. Изготовление углеродных материалов с высокоразвитой удельной поверхностью типа древесных углей также требует развитой технологии, появившейся лишь с развитием металлургии железа. Наиболее вероятным является использование различных природных селитросодержащих смесей с органикой, обладающих свойствами, присущими пиротехническим составам. Одним из изобретателей пороха принято считать монаха Бертольда Шварца.

Если древесный уголь был доступен практически повсеместно, особенно в лесистой местности, то сера и селитра были редкостью. Хотя алхимикам удалось найти способы получения серы из сульфидных минералов, до XIX века промышленные способы такого ее производства были неизвестны, и на практике использовали почти исключительно самородную серу, в Европе в основном из Сицилии. До открытия месторождений природной селитры с 1809 года интенсивно разрабатывались богатейшие залежи натриевой селитры в Чили и калийной селитры в Индии и других странах. До этого селитру получали биотехнологическим методом путем ферментирования органического сырья в селитряных ямах (селитряницах). Это были кучи, сложенные из растительных и животных отбросов (навоз, кровь и так далее), перемешанных со строительным мусором, известняком, мергелем. Образовавшийся при распаде азот-содержащих органических веществ, таких как белки, аммиак подвергался бактериями нитрификации и превращался вначале в нитрит-ион, а затем в нитрат-ион, который связывался ионами кальция из известняка, образуя Ca(NO3)2, который выщелачивался водой. Однако кальциевая селитра непригодна для пороха из-за высокой гигроскопичности, поэтому в раствор добавляли древесную золу или полученный из нее чистый поташ, что приводило к осаждению CaCO3 и получению раствора нитрата калия. Раствор нитрата калия выпаривали и получали сухую селитру, пригодную для выделки пороха.

Метательное свойство дымного пороха было открыто значительно позже и послужило толчком к развитию огнестрельного оружия. В Европе (в том числе и на Руси) известен с середины XIV века; до середины XIX века оставался единственным взрывчатым веществом фугасного действия и до конца XIX века — метательным средством.

С изобретением нитроцеллюлозных порохов, а затем и индивидуальных мощных взрывчатых веществ дымный порох в значительной мере утратил своё значение.

Впервые пироксилиновый порох был получен во Франции П. Вьелем в 1884, баллиститный порох — в Швеции Альфредом Нобелем в 1888, кордитный порох — в Великобритании в конце XIX века. Примерно в то же время (1887—1891) в России Дмитрий Менделеев разработал пироколлодийный порох, а группа инженеров Охтинского порохового завода — пироксилиновый порох.

В 30-х годах XX века в СССР впервые были созданы заряды из баллиститного пороха для реактивных снарядов, успешно применявшихся войсками в период Великой Отечественной войны (реактивные системы залпового огня). Смесевые пороха для ракетных двигателей были разработаны в конце 1940-х годов.

Дальнейшее совершенствование порохов ведётся в направлении создания новых рецептур, порохов специального назначения и улучшения их основных характеристик.

Виды порохов

Различают два вида пороха: смесевые (в том числе самый распространенный — дымный, или чёрный порох) и нитроцеллюлозные (т. н. бездымные). Порох, применяемый в ракетных двигателях, называют твёрдым ракетным топливом. Основу нитроцеллюлозных порохов составляют нитроцеллюлоза и пластификатор. Помимо основных компонентов, эти пороха содержат различные добавки.

Порох является взрывчатым веществом метательного действия. При длительном хранении больше установленного для данного пороха срока или при хранении в ненадлежащих условиях происходит химическое разложение компонентов пороха и изменение его эксплуатационных характеристик (режима горения, механических характеристик ракетных шашек и др.). Эксплуатация и даже хранение таких порохов крайне опасны и могут привести к взрыву. +ГруппаНазваниеСоставСмесевые порохаДымный (чёрный) порохKNO3, S, CАлюминиевый порохKNO3, S, AlНитроцеллюлозные порохаПироксилиновые91-96 % пироксилина, 1,2-5 % летучих веществ (спирт, эфир и вода), 1,0-1,5 % стабилизатора (дифениламин, централит)Баллиститныенитроцеллюлоза и неудаляемый пластификатор (нитроглицерин, дигликоль и т. д.)Кордитныевысокоазотный пироксилин, удаляемый (спирто-эфирная смесь, ацетон) и неудаляемый (нитроглицерин) пластификаторТвёрдое ракетное топливо50-60 % окислителя, как правило перхлората аммония, 10-20 % пластифицированного полимерного связующего, 10-20 % мелкодисперсного порошка алюминия и др.

Смесевые пороха

Дымный (чёрный) порох