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我们知道,黑火药是我国古代的四大发明之一,距今已有上千年的历史。据说古时候,黑火药的出现来自于炼丹的道人,他们是为寻觅长生不老药时偶然发明的。求长生之人却造出了快速致死的战争“良药”,不可谓不讽刺。
最早将黑火药用于战争的国家当然是我们古代中国,始于唐朝末年,毕竟是发明人。但是后来的欧洲人,也玩得风生水起,换着花样造出了了各种火器。而在现代社会,黑火药则属民用爆炸物品,爆燃瞬间温度可达1000℃以上,破坏力很强。黑火药敏感性强,易燃烧,火星即可点燃。
黑火药的配方由硫磺、硝石和木炭组成。从化学上来讲,这三种成分分别是硝酸钾(硝石)、碳(木炭)和硫(硫磺):
硝石又称焰硝、钾硝石等。无色、白色或灰色结晶状,有玻璃光泽。可用于配制孔雀绿釉。还可用作五彩、粉彩的颜料。白色粉末,易溶于水,加热到334°C即分解放出氧。工业上是制造火柴、无烟火药、黑火药、玻璃的原料和食品防腐剂。可直接利用其制得硝酸钾。
我们知道,剧烈氧化反应即为燃烧,如果在有限的空间里急剧燃烧,瞬间内积累大量的热,使气体体积急剧膨胀,并释放出大量氮气、二氧化碳等气体,就会引起爆炸。而硝石在黑火药里就起到在密闭空间中提供足量氧气的作用。
木炭,是木材或木质原料经过不完全燃烧,或者在隔绝空气的条件下热解,所残留的深褐色或黑色多孔固体燃料。它是一种保持木材原来构造和孔内残留焦油的不纯的无定型碳。其主要成分为碳元素,此外还有氢、氧、氮以及少量的其他元素,它们的含量与树种关系不大,主要取决于炭化的最终温度。
木炭属于憎水性物质,灰分含量在 6%以内,孔隙占木炭体积7%以上,比重一般为 1.3~1.4,发热量取决于炭化条件,能量较高,一般在 8000 千卡/千克左右 。所以木碳其实在黑火药里起着释放能量和二氧化碳等气体的功能。
硫磺别名硫、胶体硫、硫黄块,其化学性质比较活泼。外观为淡黄色脆性结晶或粉末,有特殊臭味。分子量为32.06,蒸汽压是0.13kPa,闪点为207℃,熔点为119℃,沸点为444.6℃,相对密度(水=1)为2.0。硫磺不溶于水,微溶于乙醇、醚,易溶于二硫化碳。作为易燃固体,硫磺主要用于制造染料、农药、火柴、火药、橡胶、人造丝等。
由于硫磺化学性质活泼易燃、闪点低,所以它在黑火药中主要起着快速引燃混合的木炭粉,在密闭空间里极速释放气体和能量的作用。
黑火药着火时,发生的化学反应:2KNO3+ S + 3C ==== K2S + N2 ↑+ 3CO2↑
黑火药的燃烧的产物大部分是二氧化碳和水,还有氮氧化物,还有少量CO、K2CO3、K2SO4和K2S2等,生成物中有许多固体物质残渣。黑火药在爆炸时,固体生成物的微粒会分散在气体里,所以产生大量的烟。
早期火药制造者生产黑火药使用的是不同配比的三种原料。例如在1500年,德国人使用4份硝石,1份木炭和1份硫磺的配比。英国人在克雷西和阿金库尔战役期间使用的是6份硝石,2份木炭和1份硫磺的配比。到了1750年左右,几乎所有人都固定了一种配比——15份硝石,3份木炭和2份硫磺,这个配比到现代也一直在用,可谓“黄金比例”。
其实在古代,木炭和硫磺都是非常好得的原料,但是硝石就不同了。它确实在世界上一些地方自然地出现。比如印度、西班牙的部分地区、智利等,以及一些洞穴和地窖。它也可以通过人工手段制取,但是这个过程非常缓慢。
所以硝石被控制就意味着火药被控制,因此很多国家把很多心思放在如何确保硝石的供应上。经营硝石的人获得了巨大的财富,Hemchandra国王,来自16世纪印度北部一个最大的王国,他并不出生于皇室家庭,而是来自一个经营蔬菜水果商店的家庭,在成为国王之前,他就从事着硝石贸易发了家。
东印度公司是世界上第一个跨国公司,一度控制了世界贸易的大约50%,它从印度运硝石回英国赚取暴利。尽管东印度公司在其棉、丝绸、靛蓝、茶叶的业务上也很出名(美国革命开始时被丢在波士顿湾的茶叶就是东印度公司的),不过他们也进行硝石贸易,所以使得他们的船只货物量的约15%是硝石,这是他们最大的利润来源之一。由于英国控制了太多印度的硝石贸易,所以法国安排了他们最好的化学家研究硝石的人工生产。
来自某些鸟类和动物的鸟粪也是硝酸钾的一个重要自然来源。美国国会在1856年通过了鸟粪岛法案,允许美国人获得没有任何人领取的鸟粪覆盖的的岛屿的所有权,并作为美国国土的一部分,直到鸟粪枯竭。在美国内战期间,蝙蝠粪便被用来生产火药。
于1879年,秘鲁和玻利维亚两国在阿塔卡马沙漠发动军事行动,联合起来打击智利,为的就是争取采矿权,这场冲突后来被称为“鸟粪战争”。冲突的主要原因是该地区富含有硝酸钾和硝酸钠。值得一提的是,之后这个地区在第一次世界大战期间迅速成为硝石的重要来源之一。
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