Historia prochu: szczegółowy przegląd

Odkąd wynaleziono go w X-wiecznych Chinach, proch strzelniczy był używany zarówno w czasie wojny, jak i pokoju. Służył jako paliwo do broni palnej, artylerii i rakiet na polach bitew na całym świecie, tak często o nim myślimy. Jednak równie często używano go do materiałów pirotechnicznych, takich jak fajerwerki, oraz jako środek strzałowy w kamieniołomach, górnictwie i budowie dróg. Jako taki, proch strzelniczy jest jednym z największych wynalazków ludzkości. Jednak pomimo całego jego znaczenia, historia i rozwój prochu pozostaje słabo poznana.

Co to jest proch strzelniczy?

Proch strzelniczy to mieszanina siarki, węgla (węgiel drzewny) i azotanu potasu (saletra), powszechnie znana również jako „czarny proch” ze względu na swój kolor. W porównaniu z innymi chemicznymi materiałami wybuchowymi proch strzelniczy jest stosunkowo prosty w produkcji. Każdy z trzech składników odgrywa ważną rolę w reakcji. Siarka obniża temperaturę zapłonu wymaganą do rozpoczęcia reakcji, węgiel drzewny dostarcza węgiel i inne paliwo do reakcji, a saletra (azotan potasu) zapewnia tlen do reakcji spalania. Na przestrzeni wieków dokładna proporcja każdego składnika w mieszance zmieniała się, ale ogólnie jest mniej więcej następująca: 75% azotanu potasu (KNO₃), 15% węgla drzewnego (C) i 10% siarki (S).

Ponieważ proch strzelniczy ma stosunkowo powolne tempo rozkładu i niską kruchość (zdolność rozbijania materiału wybuchowego), jest on klasyfikowany jako materiał wybuchowy o niskiej intensywności. W przeciwieństwie do materiałów wybuchowych kruszących, które wybuchają, materiały wybuchowe o niskiej zawartości ulegają deflagracji lub szybkiemu spalaniu przy prędkościach poddźwiękowych. Oznacza to, że proch strzelniczy jest lepszym materiałem pędnym niż materiałem wybuchowym. Proch nie jest szczególnie skutecznym chemicznym materiałem wybuchowym, ponieważ podczas spalania mniej niż połowa masy prochu ulega przemianie w gaz. Większość masy przekształca się w cząstki stałe w postaci dymu lub sadzy. Po spaleniu proch przekształca się w 56% produktów stałych, 43% produktów gazowych i 1% wody. Uproszczone równanie chemiczne spalania prochu wyglądałoby mniej więcej tak: 10KNO ₃ +8C+3S —2K₂CO₃+3K₂SO₄+6CO₂+5N₂.

Początki prochu

Chociaż proch jest wynalazkiem o niezaprzeczalnym znaczeniu, jego pochodzenie i historia są słabo poznane. Na Zachodzie toczyła się wielowiekowa debata na temat dokładnego miejsca pochodzenia prochu. Dzięki pionierskiej pracy Josepha Needhama w latach 60. i 70. XX wieku możemy obecnie powiedzieć, że proch strzelniczy wynaleziono w Chinach gdzieś w X wieku n.e. Istnieją pewne dowody na to, że proch strzelniczy został opracowany wcześniej, więc w pewnym momencie data ta może zostać przesunięta w czasie. Średniowieczni Europejczycy mieli bardzo ograniczoną wiedzę o Chinach, więc przypuszczali, że proch strzelniczy musiał zostać wynaleziony w Europie, chociaż czasami przypisywali jego wynalazek światu islamskiemu. Dziś niektórzy nadal będą przypisywać Europejczykom wynalezienie prochu, ale jest to nic innego jak szowinizm kulturowy i nie ma żadnych podstaw w faktach.

Najwcześniejsze wzmianki o prochu znajdują się w tekstach taoistycznych z 1930 r Dynastia Tang . Według tych tekstów, które zawierają najwcześniejszy znany przepis na proch, taoistyczni farmaceuci lub alchemicy byli pierwszymi, którzy stworzyli proch. Był to produkt uboczny ich badań nad tak zwanym „eliksirem życia”, który leczyłby wszelkie choroby i zapewniał życie wieczne i młodość. W Chinach proch strzelniczy był często nazywany „narkotykiem ogniowym” ze względu na jego pochodzenie. W ciągu następnych stuleci przepis był udoskonalany. Był to, jak można sobie wyobrazić, proces niebezpieczny. W tekstach znajduje się wiele odniesień do płonących domów i ludzi cierpiących z powodu straszliwych poparzeń w wyniku nieudanych eksperymentów.

Proch w Chinach

Już w XI wieku n.e. teksty z dynastii Song opisują pierwszy chemiczny przepis na proch strzelniczy. Wiele wczesnych przepisów na proch strzelniczy zawierało inne składniki niż siarka, węgiel drzewny i saletra, które dodawano do różnych celów. Niektóre zostały uwzględnione ze względów funkcjonalnych; na przykład wierzono, że łajno wytwarza bardziej szkodliwy dym. Inne, ponieważ wierzono, że posiadają specjalne właściwości; Z tego powodu często dodawano czosnek i miód. Duża część tych eksperymentów skupiała się również na ustaleniu, jakie proporcje siarki, węgla drzewnego i saletry zapewnią najlepsze rezultaty. W przepisie jest trochę miejsca na dowolność.

Również około XI wieku inżynierowie Song pracowali nad opracowaniem różnych broń prochowa . W przeszłości uczeni na Zachodzie często twierdzili, że Chińczycy nigdy nie używali prochu jako broni wojennej, ale twierdzenie to jest całkowicie nieprawdziwe. Inżynierowie piosenki używali prochu do tworzenia wszelkiego rodzaju broń zapalającą i wybuchową , a także jako pierwszy wykorzystał jego możliwości jako paliwa. Opracowali ogniste strzały napędzane prochem, bomby rzucane ręcznie i trebusz, lance ogniste (włócznie zdolne do wystrzeliwania pocisków), rakiety, a co najważniejsze, pierwsze działa i armaty. Były one oczywiście znacznie bardziej prymitywne niż ich współczesne odpowiedniki, a ich wpływ na pole bitwy był ograniczony. Zanim broń ta mogła mieć realny wpływ na pole bitwy, należało opracować taktykę, a poza tym nie była ona jeszcze dostępna w wystarczającej liczbie, aby można było odczuć jej moc. Dlatego początkowo technologia prochu pozostawała nieznana poza Chinami Song. Zmieniło się to w XII wieku n.e. wraz z przybyciem Mongołów.

Proch rozprzestrzenia się po Eurazji i Afryce

Na przełomie XII i XIII wieku n.e Mongołowie podbili największe imperium lądowe, jakie kiedykolwiek znał świat . W ten sposób ułatwili rozprzestrzenianie się technologii prochowej w całej Eurazji i Afryce. Nie jest jasne, jak do tego doszło, ale istnieją pewne teorie. Wiadomo, że Mongołowie w swoich zachodnich kampaniach korzystali z chińskich inżynierów, którzy używali broni prochowej zarówno w Europie, jak i na Bliskim Wschodzie. W XIII i XIV wieku „tatarscy” lub jeńcy mongolscy/chińscy byli sprzedawani jako niewolnicy w Europie i na Bliskim Wschodzie podczas mongolskich wojen domowych. Kupcy i uczeni swobodnie podróżowali po Eurazji, przywożąc ze sobą technologię i idee. A może transfer technologii prochowej z Chin do reszty Eurazji i Afryki nastąpił poprzez kilka różnych wektorów.

Największa debata na temat rozprzestrzeniania się technologii prochowej skupia się na tym, jak do tego doszło Średniowieczna Europa . Przez wieki uważano, że proch strzelniczy wynaleziono najpierw w Europie lub być może w tym samym czasie i niezależnie od Chin. Dziś wiemy, że tak nie jest. Pozostaje jednak pytanie, w jaki sposób dotarł do średniowiecznej Europy? Niektórzy opowiadają się za teorią bezpośredniego transferu. Oznacza to, że średniowieczni Europejczycy dowiedzieli się o prochu bezpośrednio od Mongołów lub Chińczyków w drodze wojny, handlu, dyplomacji lub obserwacji i interakcji między uczonymi. Chociaż teoria ta ma pewne zalety, bardziej prawdopodobne jest, że świat islamski służył jako pośrednik, ułatwiając transfer. Pomimo stuleci konfliktów, w XIII wieku n.e. istniało wiele ustalonych dróg kontaktu między chrześcijańską Europą a światem islamu. Ponadto regionami średniowiecznej Europy, w których najwcześniejsze możliwe dowody użycia prochu były Hiszpania i Włochy. Obydwa były obszarami o długim i rozległym kontakcie ze światem islamu, co ułatwiłoby transfer technologii prochowej.

Produkcja prochu

Proch strzelniczy początkowo wytwarzano poprzez mielenie wszystkich trzech składników w moździerzu i tłuczku przez około 24 godziny. W rezultacie powstał bardzo drobny proszek, który w średniowiecznej Europie określano mianem proszku „serpentynowego”. Poza tym, że był pracochłonny i ograniczał ilość proszku, jaki można było wytworzyć na raz, proszek serpentynowy był trudny do przechowywania i transportu. Proszek miał tendencję do rozdzielania się na składniki pod wpływem wibracji, co wymagało ponownego wymieszania. Był też bardzo podatny na wilgoć, przez co często wymagał także ponownego suszenia. W ten sposób w XIV wieku w Europie i Chinach rozwinął się nowy proces zwany „corningiem”.

Corning polega na dodawaniu płynów do procesu mielenia w celu uzyskania wilgotnej pasty. To mokre mieszanie zapobiegło rozdzieleniu się składników prochu. Dodatkowo odkryto, że gdyby przeszłość zwinąć w kulki, proch strzelniczy wchłaniałby mniej wilgoci z powietrza i lepiej się przemieszczał. Jednak żołnierze nadal musieli przed bitwą zmielić kule na proszek. Spowodowało to nierówną wielkość ziaren, co powodowało nieprzewidywalne palenie proszku. Około 1800 roku zaczęto prasować wilgotne kulki lub placki młyńskie w formach, aby zwiększyć ich gęstość i usunąć nadmiar wilgoci. Proszek następnie przepuszczano przez sita w celu uzyskania ziaren o jednakowej wielkości. Od końca XIX wieku produkcja prochu koncentrowała się na standaryzacji ziaren do określonych celów. Na przykład proszek Fg (drobny) był przeznaczony do broni o dużej lufie i strzelb, podczas gdy proszek FFFFg był przeznaczony do broni o małej lufie, pistoletów i jako proszek gruntujący.

Postawy wobec prochu

Kiedy po raz pierwszy odkryto proch strzelniczy, była to nowa technologia, z którą nikt wcześniej się nie spotkał. Jako taki wywołał różnorodne reakcje obserwatorów na całym świecie. Wiele z najczęściej powtarzanych reakcji to te, które uważały to za coś demonicznego lub diabolicznego. Pod wieloma względami proch strzelniczy całkiem dobrze pasuje do tej formy. Jego składniki, dym i hałas, jaki wytwarza, a także jego zdolność do siania śmierci i zniszczenia są z pewnością dość demoniczne. Zostało potępione przez dowódców wojskowych, władze religijne, filozofów, pisarzy i przeciętnych obywateli na każdym kontynencie. Ważne jest jednak, aby nie przeceniać wpływu tych negatywnych reakcji, gdyż wątpliwe jest, jak powszechne były takie poglądy.

Proch i technologia prochowa rozprzestrzeniają się szybko i daleko. Gdy tylko stał się dostępny, został szybko przyjęty przez mieszkańców tego obszaru. Nawet te społeczeństwa, o których mówi się, że „zrezygnowały z broni”, nigdy z niej całkowicie nie zrezygnowały. Utylitarny aspekt prochu był po prostu zbyt wielki, aby go zignorować, a jeśli go nie użyjesz, zawsze istniało ryzyko, że ktoś inny użyje go przeciwko tobie. Co więcej, wiele zastrzeżeń wobec prochu należy być może interpretować jako ogólne potępienie wojny, a nie jakąkolwiek reakcję związaną konkretnie z prochem. Na przykład Kościół katolicki nigdy nie próbował zakazać używania prochu, ale ustanowił św. Barbarę patronką artylerzystów. Jak w większości przypadków, historyczne podejście do prochu było złożone i szerokie, dlatego należy unikać uogólnień.

Starzenie się

Wraz z rozwojem nowych chemicznych materiałów wybuchowych i paliw pędnych pod koniec XIX wieku, użycie prochu zaczęło spadać. Stosowanie prochu miało kilka wad, które ostatecznie doprowadziły do ​​jego starzenia się. W szczególności jego higroskopijny charakter sprawiał, że był podatny na wilgoć, co zmniejszało jego skuteczność. Nie wywołał też szczególnie wydajnej reakcji chemicznej. Pozostałości produktów tworzyły osady, które zmniejszały skuteczność broni palnej i artylerii, powodując jednocześnie korozję. Jednocześnie dym powstający w wyniku spalania prochu zdradzał pozycję żołnierzy na polu bitwy, wystawiając ich na działanie wroga. Kwestie te ograniczały skuteczność prochu zarówno jako broni wojennej, jak i narzędzia projektów cywilnych.

W odpowiedzi na te ograniczenia pod koniec XIX wieku chemicy opracowali nitroglicerynę, nitrocelulozę (bawełnę pistoletową) i proszki bezdymne. Materiały te stopniowo zastępowały proch strzelniczy zarówno jako materiał wybuchowy, jak i materiał pędny. Były mocniejsze, bezpieczniejsze w produkcji i transporcie oraz powodowały znacznie wydajniejszą reakcję chemiczną. W wyniku tych alternatyw produkcja i zużycie prochu dramatycznie spadły. Do 1900 roku proch został całkowicie zastąpiony we wszystkich celach i celach, z wyjątkiem sztucznych ogni i innych pokazów pirotechnicznych.

Dziedzictwo prochu

Jakakolwiek lista największych wynalazków ludzkości, która nie uwzględniałaby prochu, byłaby niekompletna. Proch zmienił sposób, w jaki zarówno budowaliśmy, jak i niszczyliśmy. Chociaż jego użycie jako broni wojennej i sposób, w jaki zmienił sposób prowadzenia wojny jest oczywiste, nie należy pomijać jego wpływu na budownictwo, górnictwo i rozrywkę. Niemożliwe byłoby wyliczenie wszystkich wtórnych skutków i zmian, które również wywołało. Musimy jednak pamiętać, że proch sam w sobie nie był odpowiedzialny za całą tę zmianę. Zapewnił jedynie środki, dzięki którym te zmiany mogły nastąpić. Determinizm technologiczny to pułapka, której należy unikać. Podobnie jak podejście do prochu, pełny wpływ prochu jest skomplikowany.

Mimo całego swojego znaczenia historia prochu i jego dokładne działanie są słabo poznane. Po części dzieje się tak dlatego, że w chwili opracowywania prawdziwie naukowych procesów i narzędzi proch strzelniczy stał się przestarzały. W związku z tym zachęta do badania tego materiału w sposób podobny do innych chemicznych materiałów wybuchowych była mniejsza. Na szczęście w ostatnich latach to się zmieniło i obecnie wiemy o prochu znacznie więcej niż w przeszłości. Niestety, tego samego nie można powiedzieć o naszym rozumieniu wczesnej historii prochu. Pod wieloma względami ta prosta mieszanina siarki, węgla drzewnego i saletry pozostaje równie tajemnicza, jak dawniej Średniowiecze .